KR20090057934A - Method for manufacturing soi substrate - Google Patents

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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

A method for manufacturing a SOI substrate is provided to prevent reuse of a substrate for exfoliation by using the SOI for exfoliation. A second substrate(111) is made of the same material as a first substrate(101), and a second mono-crystalline semiconductor layer(154) is formed on a first mono-crystalline semiconductor film(103). A peeling layer(105) is formed on the second mono-crystalline semiconductor film, and a second insulating layer is formed on the second mono-crystalline semiconductor film. The surface of the second insulating layer is welded into the surface of the second substrate, and a glass substrates is used as the first substrate and the second substrate.

Description

SOI 기판의 제작 방법{METHOD FOR MANUFACTURING SOI SUBSTRATE}Manufacturing method of SOI substrate {METHOD FOR MANUFACTURING SOI SUBSTRATE}

본 발명은 SOI(Silicon on Insulator) 기판의 제작 방법 및 반도체 장치의 제작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a silicon on insulator (SOI) substrate and a method for manufacturing a semiconductor device.

근년, 벌크(bulk) 상태의 실리콘 웨이퍼 대신에 절연 표면에 얇은 단결정 반도체 막이 존재하는 SOI(Silicon on Insulator) 기판을 사용한 집적 회로가 개발되고 있다. SOI 기판을 사용함으로써, 트랜지스터의 드레인과 기판간에 있어서의 기생 용량이 저감되기 때문에, SOI 기판은 반도체 집적 회로의 성능을 향상시키는 것으로서 주목을 받고 있다.In recent years, integrated circuits using a silicon on insulator (SOI) substrate in which a thin single crystal semiconductor film exists on an insulating surface instead of a bulk silicon wafer have been developed. Since the parasitic capacitance between the drain of a transistor and a board | substrate is reduced by using an SOI board | substrate, an SOI board | substrate attracts attention as improving the performance of a semiconductor integrated circuit.

SOI 기판을 제조하는 방법의 하나로, 스마트 컷(등록 상표)법이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 스마트 컷법에 의한 SOI 기판의 제작 방법의 개요를 이하에 설명한다. 우선, 박리용 기판이 되는 실리콘 웨이퍼에 이온 주입법을 사용하여 수소 이온을 주입함으로써 표면으로부터 소정의 깊이에 이온 주입층을 형성한다. 다음에, 산화실리콘 막을 통하여, 수소 이온을 주입한 실리콘 웨이퍼를 별도(피박리용)의 실리콘 웨이퍼에 접합시킨다. 그 후, 가열 처리를 행함으로써, 이온 주입층이 벽개면(劈開面)이 되고, 수소 이온을 주입한 박리용의 실리콘 웨이 퍼가 박막 형상으로 박리되어, 접합시킨 피박리용의 실리콘 웨이퍼 위에 단결정 실리콘 막을 형성할 수 있다. 또한, 스마트 컷법은 수소 이온 주입 박리법이라고 부르는 경우도 있다.As a method of manufacturing an SOI substrate, the smart cut (registered trademark) method is known (for example, refer patent document 1). The outline | summary of the manufacturing method of the SOI board | substrate by a smart cut method is demonstrated below. First, an ion implantation layer is formed at a predetermined depth from the surface by implanting hydrogen ions into the silicon wafer serving as the substrate for peeling using an ion implantation method. Next, the silicon wafer implanted with hydrogen ions is bonded to a separate (peelable) silicon wafer through a silicon oxide film. Subsequently, by performing heat treatment, the ion implantation layer becomes a cleaved surface, the peeling silicon wafer in which the hydrogen ions are implanted is peeled in a thin film, and a single crystal silicon film is formed on the bonded silicon wafer. can do. In addition, the smart cut method may be called a hydrogen ion implantation peeling method.

또한, 이러한 스마트 컷법을 사용하여 단결정 실리콘 층을 유리로 이루어지는 지지 기판 위에 형성하는 방법이 제안된다(예를 들어, 특허 문헌 2 참조).Moreover, the method of forming a single crystal silicon layer on the support substrate which consists of glass using this smart cut method is proposed (for example, refer patent document 2).

그 이외에도 스마트 컷법에 있어서, 박리용의 기판인 실리콘 웨이퍼를 벽개 후에 연마함으로써, 반복하여 재이용하는 방법이 제안된다(예를 들어, 특허 문헌 3 참조).In addition, in the smart cut method, a method of repeatedly reused by polishing a silicon wafer which is a substrate for peeling after cleavage is proposed (see Patent Document 3, for example).

[특허 문헌 1] 특개 2000-124092호 공보[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-124092

[특허 문헌 2] 특개평 11-163363호 공보[Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-163363

[특허 문헌 3] 특개 2007-251129호 공보[Patent Document 3] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-251129

유리 기판은 실리콘 웨이퍼보다 대면적화가 가능하고, 또 싼값의 기판이기 때문에, 주로 액정 표시 장치 등의 제조에 사용된다. 유리 기판을 베이스 기판(피박리용 기판)으로서 사용함으로써, 대면적이며 싼값의 SOI 기판을 제작할 수 있다. 이 경우, 스마트 컷법을 사용하여 유리 기판 위에 단결정 반도체 막을 형성하기 위해서는, 박리용 기판인 실리콘 웨이퍼와, 피박리용 기판인 유리 기판을 접합시킨 후, 실리콘 웨이퍼의 일부를 유리 기판 위에 잔존시키도록 상기 실리콘 웨이퍼를 분리할 필요가 있다.Since a glass substrate can be made larger in area than a silicon wafer and is a cheap board | substrate, it is mainly used for manufacture of a liquid crystal display device. By using a glass substrate as a base substrate (substrate for peeling), a large-area and inexpensive SOI substrate can be produced. In this case, in order to form a single crystal semiconductor film on a glass substrate using the smart cut method, after bonding a silicon wafer as a peeling substrate and a glass substrate as a peeling substrate, a portion of the silicon wafer is left on the glass substrate. The wafer needs to be separated.

그러나, 박리용 기판과 피박리용 기판의 특성(열 팽창 계수, 휘어짐량 등)이 다른 경우, 접합 후에 행하는 열 처리 등에 의하여 접합 불량이 생길 우려가 있다. 특히, 피박리용 기판으로서 반도체 기판 이외의 기판(예를 들어, 유리 기판 등)을 사용할 경우에는, 기판끼리의 재질이 다르기 때문에, 접합 불량이 생기기 쉽다.However, when the characteristics (thermal expansion coefficient, curvature amount, etc.) of a peeling board | substrate and a to-be-peeled board | substrate differ, there exists a possibility that a bonding defect may arise by heat processing etc. which are performed after joining. In particular, when using a substrate other than a semiconductor substrate (for example, a glass substrate) as the substrate to be peeled off, since the materials of the substrates are different, bonding failures are likely to occur.

또한, 같은 박리용 기판을 반복하여 사용하는(재이용하는) 경우, 열 처리 공정 등이 반복하여 행하여짐으로써, 박리용 기판의 품질이 저하되고, 상기 박리용 기판을 사용하여 제조한 SOI 기판의 품질이 저하될 우려가 있다. 따라서, 1장의 실리콘 웨이퍼로 처음에 제작된 SOI 기판과 마지막으로 제작된 SOI 기판의 품질에 현저한 차이가 생길 우려가 있다. 또한, 1장의 실리콘 웨이퍼를 사용하여 가능한 한 많은 SOI 기판을 제작하려고 하는 경우는, 재이용할수록 기판의 막 두께가 작게 되기 때문에, 제조 과정에 있어서, 박리용 기판이 파손될 우려나 접합 불량이 생기 는 확률이 높게 될 우려가 있다.In addition, when using (reusing) the same peeling substrate repeatedly, since the heat processing process etc. are performed repeatedly, the quality of a peeling substrate falls and the quality of the SOI board | substrate manufactured using the said peeling substrate is carried out. This may fall. Therefore, there is a fear that a remarkable difference may occur between the quality of the first SOI substrate fabricated with one silicon wafer and the last SOI substrate fabricated. In addition, when trying to fabricate as many SOI substrates as possible using one silicon wafer, the thickness of the substrate becomes smaller as it is reused, and thus, the probability that the peeling substrate may be broken or a bonding failure may occur in the manufacturing process. There is a risk of becoming high.

상술한 문제를 감안하여, 본 발명은 절연체로 이루어지는 기판으로 구성되는 SOI 기판을 제작할 때에, 접합 불량을 저감하는 것을 목적의 하나로 한다. 또는, 복수의 SOI 기판을 제작할 때에, 박리용 기판의 파손을 억제하고, 복수의 SOI 기판간에 있어서의 품질의 차이를 저감하는 것을 목적의 하나로 한다.In view of the above-described problems, the present invention is one of the objectives of reducing the bonding failure when producing an SOI substrate composed of a substrate made of an insulator. Or when producing a some SOI board | substrate, it is made as an objective to suppress the damage of a peeling board | substrate, and to reduce the difference of the quality between some SOI board | substrates.

본 발명은, 제 1 기판 위에 절연막을 통하여 형성된 단결정 반도체 막을 가지는 제 1 SOI 기판을 사용하여 제 1 기판과 같은 재료로 형성된 제 2 기판 위에 절연막을 통하여 형성된 단결정 반도체 막을 가지는 제 2 SOI 기판을 제작한다.The present invention fabricates a second SOI substrate having a single crystal semiconductor film formed through an insulating film on a second substrate formed of the same material as the first substrate using a first SOI substrate having a single crystal semiconductor film formed through an insulating film over the first substrate. .

본 발명의 SOI 기판의 제작 방법의 하나는, 절연체로 이루어지는 제 1 기판 위에 제 1 절연막을 통하여 제 1 단결정 반도체 막이 형성된 제 1 SOI 기판과, 제 1 기판과 같은 재료로 형성된 제 2 기판을 준비하고, 제 1 단결정 반도체 막 위에 제 2 단결정 반도체 막을 형성하고, 제 2 단결정 반도체 막에 이온을 첨가하여 박리층을 형성하고, 제 2 단결정 반도체 막 위에 제 2 절연막을 형성하고, 제 1 SOI 기판의 표면과 제 2 기판의 표면을 대향시키고, 제 2 절연막의 표면과 제 2 기판의 표면을 접합시키고 가열 처리를 행함으로써, 박리층을 경계로 하여 벽개하고, 제 2 기판 위에 제 2 절연막을 통하여 제 2 단결정 반도체 막의 일부가 형성된 제 2 SOI 기판을 형성하는 것을 특징으로 한다.One method of manufacturing the SOI substrate of the present invention is to prepare a first SOI substrate having a first single crystal semiconductor film formed thereon through a first insulating film on a first substrate made of an insulator, and a second substrate formed of the same material as the first substrate. A second single crystal semiconductor film is formed on the first single crystal semiconductor film, ions are added to the second single crystal semiconductor film to form a release layer, a second insulating film is formed on the second single crystal semiconductor film, and the surface of the first SOI substrate is formed. And the surface of the second substrate are opposed to each other, the surface of the second insulating film and the surface of the second substrate are bonded to each other, and subjected to heat treatment, thereby cleaving at the boundary of the release layer, and forming a second through the second insulating film on the second substrate. A second SOI substrate on which a part of the single crystal semiconductor film is formed is formed.

본 발명의 SOI 기판의 제작 방법의 하나는, 표면에 제 1 절연막이 형성되고, 또 소정의 깊이에 제 1 박리층이 형성된 반도체 기판과, 절연체로 이루어지는 제 1 기판과, 제 1 기판과 같은 재료로 형성된 제 2 기판을 준비하고, 반도체 기판의 표면과 제 1 기판의 표면을 대향시키고, 제 1 절연막의 표면과 제 1 기판의 표면을 접합시키고, 가열 처리를 행함으로써 제 1 박리층을 경계로 하여 벽개하고, 제 1 기판 위에 제 1 절연막을 통하여 제 1 단결정 반도체 막이 형성된 제 1 SOI 기판을 형성하고, 제 1 단결정 반도체 막 위에 제 2 단결정 반도체 막을 형성하고, 제 2 단결정 반도체 막에 이온을 첨가하여 제 2 박리층을 형성하고, 제 2 단결정 반도체 막 위에 제 2 절연막을 형성하고, 제 1 SOI 기판의 표면과 제 2 기판의 표면을 대향시키고, 제 2 절연막의 표면과 제 2 기판의 표면을 접합시키고, 가열 처리를 행함으로써, 제 2 박리층을 경계로 하여 벽개하고, 제 2 기판 위에 제 2 절연막을 통하여 제 2 단결정 반도체 막의 일부가 형성된 제 2 SOI 기판을 형성하는 것을 특징으로 한다.One of the manufacturing methods of the SOI substrate of this invention is the same material as the 1st board | substrate which consists of a semiconductor substrate in which the 1st insulating film was formed in the surface, and the 1st peeling layer was formed in the predetermined depth, the insulator, and the 1st board | substrate. Preparing a second substrate, the surface of the semiconductor substrate and the surface of the first substrate are opposed to each other, the surface of the first insulating film and the surface of the first substrate are bonded to each other, and the heat treatment is performed so that the first release layer is bounded. To form a first SOI substrate having a first single crystal semiconductor film formed thereon on the first substrate through a first insulating film, a second single crystal semiconductor film formed on the first single crystal semiconductor film, and adding ions to the second single crystal semiconductor film. To form a second release layer, to form a second insulating film on the second single crystal semiconductor film, to oppose the surface of the first SOI substrate and the surface of the second substrate, and the surface of the second insulating film and the second The surface of the plate is bonded to each other, and the heat treatment is performed to cleave the second release layer as a boundary, and form a second SOI substrate having a portion of the second single crystal semiconductor film formed on the second substrate via the second insulating film. It is done.

본 발명의 SOI 기판의 제작 공정의 하나는, 제 1 공정과 제 2 공정을 가지는 SOI 기판의 제작 방법이며, 제 1 공정은, 절연체로 이루어지는 제 1 기판 위에 제 1 절연막을 통하여 제 1 단결정 반도체 막이 형성된 제 1 SOI 기판과, 제 1 기판과 같은 재료로 형성된 제 2 기판을 준비하고, 제 1 단결정 반도체 막 위에 제 2 단결정 반도체 막을 형성하고, 제 2 단결정 반도체 막에 이온을 첨가하여 박리층을 형성하고, 제 2 단결정 반도체 막 위에 제 2 절연막을 형성하는 공정을 가지고, 제 2 공정은 제 1 SOI 기판의 표면과 제 2 기판의 표면을 대향시키고, 제 2 절연막의 표면과 제 2 기판의 표면을 접합시키고, 가열 처리를 행함으로써, 박리층을 경계로 하여 벽개하고, 제 2 기판 위에 제 2 절연막을 통하여 제 2 단결정 반도체 막의 일 부가 형성된 제 2 SOI 기판을 형성하는 공정을 가지고, 제 2 공정에 있어서 형성된 제 2 SOI 기판을 제 1 공정에 있어서의 제 1 SOI 기판으로서 이용하는 것을 특징으로 한다.One of the steps for producing the SOI substrate of the present invention is a method for producing an SOI substrate having a first step and a second step, wherein the first step is a first single crystal semiconductor film formed on a first substrate made of an insulator through a first insulating film. A first SOI substrate formed and a second substrate formed of the same material as the first substrate are prepared, a second single crystal semiconductor film is formed on the first single crystal semiconductor film, and ions are added to the second single crystal semiconductor film to form a release layer. And forming a second insulating film on the second single crystal semiconductor film, and the second step opposes the surface of the first SOI substrate and the surface of the second substrate, and the surface of the second insulating film and the surface of the second substrate. By bonding and heat-processing, the hole which cleaves with the peeling layer as a boundary and forms the 2nd SOI substrate in which one part of the 2nd single crystal semiconductor film was formed on the 2nd board | substrate through the 2nd insulating film is formed. It is characterized by using the second SOI substrate formed in the second step as a first SOI substrate in the first step.

또한, 본 명세서 중에 있어서 반도체 장치란, 반도체 특성을 이용함으로써 기능할 수 있는 장치 전반(全般)을 가리키고, 전기 광학 장치, 반도체 회로 및 전자 기기는 모두 반도체 장치에 포함된다.In addition, in this specification, a semiconductor device refers to the whole apparatus which can function by using a semiconductor characteristic, and an electro-optical device, a semiconductor circuit, and an electronic device are all contained in a semiconductor device.

또한, 본 명세서 중에 있어서 표시 장치란, 발광 장치나 액정 표시 장치를 포함한다. 발광 장치는 발광 소자를 포함하고, 액정 표시 장치는 액정 소자를 포함한다. 발광 소자는 전류 또는 전압에 따라 휘도가 제어되는 소자를 그 범주에 포함하며, 구체적으로는, 무기 EL(Electro Luminescence)소자, 유기 EL 소자가 포함된다.In addition, in this specification, a display apparatus includes a light emitting device or a liquid crystal display device. The light emitting device includes a light emitting element, and the liquid crystal display includes a liquid crystal element. The light emitting device includes, in its category, an element whose luminance is controlled in accordance with a current or a voltage. Specifically, an inorganic EL (Electro Luminescence) device and an organic EL device are included.

본 발명에 의하여, 절연체로 이루어지는 기판으로 구성되는 SOI 기판을 제작하는 경우라도, 접합 불량을 저감할 수 있다. 또한, 복수의 SOI 기판을 제작하는 경우라도, 박리용 기판의 파손을 억제하고, 복수의 SOI 기판간에 있어서의 품질의 차이를 저감할 수 있다.According to this invention, even when producing the SOI board | substrate comprised from the board | substrate which consists of an insulator, joining defect can be reduced. In addition, even when a plurality of SOI substrates are produced, breakage of the peeling substrate can be suppressed and the difference in quality between the plurality of SOI substrates can be reduced.

이하에 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 많은 다른 모양으로 실시하는 것이 가능하고, 본 발명의 형태 및 상세한 사항은 본 발명의 취지 및 범위에서 벗어남이 없이 다양하게 변경될 수 있다는 것은 당업 자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명이 하기 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다. 또한, 실시형태를 설명하기 위한 모든 도면에 있어서, 동일 부분 또는 동일 기능을 가지는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, embodiment of this invention is described based on drawing. However, it can be easily understood by those skilled in the art that the present invention can be embodied in many different forms, and that the form and details of the present invention can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, this invention is not limited to description of the following embodiment. In addition, in all the drawings for demonstrating embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the same part or the part which has the same function, and the repeated description is abbreviate | omitted.

(실시형태 1)(Embodiment 1)

본 실시형태에서는, 본 발명의 SOI 기판의 제작 방법의 일례에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.In this embodiment, an example of the manufacturing method of the SOI substrate of this invention is demonstrated with reference to drawings.

우선, 제 1 SOI 기판(100)을 준비한다(도 1a-1 참조).First, the first SOI substrate 100 is prepared (see FIG. 1A-1).

제 1 SOI 기판(100)은 제 1 기판(101) 위에 절연막(102)을 통하여 제 1 단결정 반도체 막(103)이 형성된 것을 사용할 수 있다. 여기서는, 제 1 SOI 기판(100)은 박리용 기판이 된다.The first SOI substrate 100 may be formed by forming the first single crystal semiconductor film 103 on the first substrate 101 through the insulating film 102. Here, the 1st SOI substrate 100 becomes a peeling substrate.

제 1 기판(101)은 절연체로 이루어지는 기판을 사용한다. 구체적으로는, 제 1 기판(101)으로서, 알루미노 실리케이트 유리, 알루미노 보로실리케이트 유리, 바륨 보로실리케이트 유리와 같은 전자 공업용에 사용되는 유리 기판을 사용한다. 또한, 본 공정의 처리 온도에 견딜 수 있는 내열성을 가지고, 표면에 절연막(예를 들어, 산화실리콘 막이나 산질화실리콘 막)이 형성된 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 제 1 기판(101)으로서 대면적화가 가능하고 싼값의 유리 기판이나 플라스틱 기판을 사용함으로써, 실리콘 웨이퍼를 사용하는 경우와 비교하여 저비용화를 도모할 수 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 제 1 기판(101)으로서 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 기판 이외의 기판(비반도체 기판)을 사용한다.The first substrate 101 uses a substrate made of an insulator. Specifically, as the first substrate 101, a glass substrate used for the electronic industry such as aluminosilicate glass, alumino borosilicate glass, barium borosilicate glass is used. In addition, a plastic substrate having heat resistance that can withstand the processing temperature of the present step and having an insulating film (for example, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film) formed on the surface can be used. As the first substrate 101, a large area can be increased, and a low cost glass substrate or a plastic substrate can be used, whereby the cost can be reduced compared to the case where a silicon wafer is used. In other words, in the present embodiment, a substrate (non-semiconductor substrate) other than a semiconductor substrate such as a silicon wafer is used as the first substrate 101.

절연막(102)은, 산화실리콘 막, 산화질화실리콘 막, 질화실리콘 막, 질화산화시리콘 막 등의 단층 또는 이들을 적층시킨 막을 사용할 수 있다. 또한, 산화질화실리콘이란, 그 조성으로서, 질소보다 산소의 함유량이 많은 것이며, 바람직하게는, 러더퍼드 후방 산란법(RBS: Rutherford Backscattering Spectrometry) 및 수소 전방 산란법(HFS: Hydrogen Forward Scattering)을 사용하여 측정한 경우에, 농도 범위로서 산소가 50at.% 내지 70at.%, 질소가 0.5at.% 내지 15at.%, 실리콘이 25at.% 내지 35at.%, 수소가 0.1at.% 내지 10at.%의 범위로 포함되는 것을 가리킨다. 또한, 질화산화실리콘이란, 그 조성으로서, 산소보다 질소의 함유량이 많은 것이며, 바람직하게는 RBS 및 HFS를 사용하여 측정한 경우에, 농도 범위로서 산소가 5at.% 내지 30at.%, 질소가 20at.% 내지 55at.%, 실리콘이 25at.% 내지 35at.%, 수소가 10at.% 내지 30at.%의 범위로 포함되는 것을 가리킨다. 다만, 산화질화실리콘 또는 질화산화실리콘을 구성하는 원자의 합계를 100at.%로 할 때, 질소, 산소, 실리콘 및 수소의 함유비율이 상기의 범위 내에 포함되는 것으로 한다.As the insulating film 102, a single layer such as a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, or the like and a stacked film thereof may be used. In addition, silicon oxynitride has a content of oxygen more than nitrogen as its composition, and preferably, using Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) and Hydrogen Forward Scattering (HFS) When measured, the concentration ranges from 50 at.% To 70 at.% Of oxygen, 0.5 at.% To 15 at.% Of nitrogen, 25 at. To 35 at.% Of silicon and 0.1 to 10 at.% Of hydrogen. Pointer to what is included in the range. In addition, silicon nitride oxide is a composition whose content of nitrogen is larger than oxygen, Preferably when it measures using RBS and HFS, it is 5at.%-30at.% Of oxygen as a concentration range, and 20at of nitrogen. .% To 55 at%, silicon at 25 at% to 35 at%, hydrogen at 10 at% to 30 at%. However, when the total amount of atoms constituting silicon oxynitride or silicon oxynitride is 100 at%, the content ratio of nitrogen, oxygen, silicon and hydrogen is included in the above range.

제 1 단결정 반도체 막(103)은 단결정 실리콘 막 등으로 형성할 수 있다. 막 두께는, 20nm 내지 250nm로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 본 명세서에 있어서의 "단결정"이란, 결정면, 결정축이 일치하는 결정이며, 그것을 구성하는 원자 또는 분자가 공간적으로 규칙적인 배열이 되는 것을 가리킨다. 그러나, 단결정은 원자가 규칙적으로 배열됨으로써 구성되는 것이지만, 일부에 이 배열의 흐트러짐이 있는 격자 결함을 포함하는 것, 의도적 또는 비의도적으로 격자 왜곡을 가지는 것도 포함된다.The first single crystal semiconductor film 103 can be formed of a single crystal silicon film or the like. It is preferable to form a film thickness in 20 nm-250 nm. In addition, in this specification, "monocrystal" refers to a crystal in which the crystal plane coincides with the crystal axis, and indicates that the atoms or molecules constituting it are arranged in a spatially regular manner. However, single crystals are constituted by regularly arranging atoms, but include those having a lattice defect in which some of the arrangements are disturbed, and those having intentional or unintentional lattice distortion.

다음, 제 1 SOI 기판(100)의 제 1 단결정 반도체 막(103) 위에 반도체 막(104)을 형성한다(도 1a-2 참조).Next, a semiconductor film 104 is formed over the first single crystal semiconductor film 103 of the first SOI substrate 100 (see Fig. 1A-2).

반도체 막(104)은, CVD법 등을 사용하여 실리콘 막을 20nm 내지 250nm로 형성할 수 있다. 본 실시형태에서는, 제 1 단결정 반도체 막(103) 위에 비정질 반도체 막(예를 들어, 아모퍼스 실리콘)을 20nm 내지 250nm로 형성한다. 반도체 막(104)의 막 두께는 제 1 단결정 반도체 막(103)의 막 두께에 따라, 적절히 설정하면 좋다. 예를 들어, 제 1 단결정 반도체 막(103)이 후의 박리 공정에 있어서 필요하게 되는 막 두께를 가지는 경우는, 반도체 막(104)을 형성하지 않아도 좋다.The semiconductor film 104 can form a silicon film between 20 nm and 250 nm by using a CVD method or the like. In this embodiment, an amorphous semiconductor film (for example, amorphous silicon) is formed on the first single crystal semiconductor film 103 at 20 nm to 250 nm. The film thickness of the semiconductor film 104 may be appropriately set in accordance with the film thickness of the first single crystal semiconductor film 103. For example, when the first single crystal semiconductor film 103 has a film thickness required in a subsequent peeling step, the semiconductor film 104 may not be formed.

다음, 열 처리를 행하고, 제 1 단결정 반도체 막(103) 위에 형성된 반도체 막(104)을 에피택시얼 성장(고상 성장)시키고 결정화시킨다(도 1a-3 참조). 그 결과, 제 1 단결정 반도체 막(103) 위에 제 2 단결정 반도체 막(154)이 형성된다.Next, heat treatment is performed to epitaxially grow (solid growth) and crystallize the semiconductor film 104 formed on the first single crystal semiconductor film 103 (see Fig. 1A-3). As a result, a second single crystal semiconductor film 154 is formed over the first single crystal semiconductor film 103.

열 처리는 가열로, 레이저 조사, RTA(Rapid Thermal Annealing) 또는 이들을 조합하여 사용할 수 있다. 여기서, 제 1 단결정 반도체 막(103) 위에 반도체 막(104)을 형성한 후, RTA에 의하여 500℃ 내지 800℃에서 5sec 내지 180sec 열 처리를 행함으로써, 반도체 막(104)을 결정화시킨다.The heat treatment can be used in a heating furnace, laser irradiation, RTA (Rapid Thermal Annealing) or a combination thereof. Here, after the semiconductor film 104 is formed on the first single crystal semiconductor film 103, the semiconductor film 104 is crystallized by performing 5 sec to 180 sec heat treatment at 500 ° C to 800 ° C by RTA.

다음, 제 2 단결정 반도체 막(154)의 표면으로부터 소정의 깊이의 영역에 박리층(105)을 형성하고, 제 2 단결정 반도체 막(154) 위에 절연막(106)을 형성한다(도 1a-4 참조).Next, a release layer 105 is formed in a region of a predetermined depth from the surface of the second single crystal semiconductor film 154, and an insulating film 106 is formed on the second single crystal semiconductor film 154 (see FIGS. 1A-4). ).

박리층(105)은, 전계로 가속된 이온으로 이루어지는 이온 빔(107)을 조사하여 제 2 단결정 반도체 막(154)의 표면으로부터 소정의 깊이의 영역에 이온을 첨가 함으로써 형성할 수 있다. 이온 빔(107)은 소스 가스를 여기하여 소스 가스의 플라즈마를 생성하고, 플라즈마로부터 전계의 작용에 의하여 플라즈마에 포함되는 이온을 인출(引出)함으로써 생성된다.The release layer 105 can be formed by irradiating an ion beam 107 made of ions accelerated by an electric field and adding ions to a region of a predetermined depth from the surface of the second single crystal semiconductor film 154. The ion beam 107 is generated by exciting the source gas to generate a plasma of the source gas, and extracting ions contained in the plasma by the action of an electric field from the plasma.

박리층(105)이 형성되는 영역의 깊이는, 이온 빔(107)의 가속 에너지와 입사각에 따라, 조절할 수 있다. 가속 에너지는 가속 전압, 도즈량 등에 의하여 조절할 수 있다. 이온의 평균 침입 깊이와 대략 같은 깊이의 영역에 박리층(105)이 형성된다. 이온을 첨가하는 깊이에 따라, 후의 공정에 있어서 결정화한 제 2 단결정 반도체 막(154)으로부터 분리되는 반도체 막의 두께가 결정된다. 박리층(105)이 형성되는 깊이는 10nm 이상 500nm 이하이며, 바람직한 깊이의 범위는 50nm 이상 200nm 이하이다.The depth of the region where the release layer 105 is formed can be adjusted according to the acceleration energy and the incident angle of the ion beam 107. Acceleration energy can be adjusted by acceleration voltage, dose amount, and the like. The exfoliation layer 105 is formed in a region approximately the same depth as the average penetration depth of the ions. Depending on the depth at which ions are added, the thickness of the semiconductor film separated from the second single crystal semiconductor film 154 crystallized in a later step is determined. The depth at which the release layer 105 is formed is 10 nm or more and 500 nm or less, and the range of preferable depth is 50 nm or more and 200 nm or less.

이온의 첨가에는 질량 분리를 수반하지 않는 이온 도핑법 또는 질량 분리를 수반하는 이온 주입법을 사용할 수 있다.For the addition of ions, an ion doping method without mass separation or an ion implantation method with mass separation can be used.

이온의 첨가시에 사용하는 소스 가스로서는, 수소 가스, 희소 가스 등이 있지만, 본 실시형태에서는 수소 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 이온 도핑법으로 수소 가스를 사용한 경우, 생성하는 이온 종은, H+, H2 + 및 H3 +이지만, H3 +가 가장 많이 주입되는 것이 바람직하다. H3 +는 H+, H2 +보다 이온의 주입 효율이 좋고, 주입 시간의 단축을 도모할 수 있다. 또한, 후의 공정에 있어서는, 박리층에 균열이 생기기 쉽게 된다.Although source gas used at the time of addition of an ion has hydrogen gas, a rare gas, etc., in this embodiment, it is preferable to use hydrogen gas. When hydrogen gas is used in the ion doping method, the generated ionic species is H + , H 2 +, and H 3 +, but it is preferable that H 3 + is most injected. H 3 + is a good injection efficiency of the ions than H +, H 2 +, it is possible to shorten the infusion time. In addition, in a subsequent process, a crack arises easily in a peeling layer.

또한, 이온을 첨가하기 전에 제 2 단결정 반도체 막(154) 위에 절연막을 형 성하는 것이 바람직하다. 절연막을 형성함으로써, 이온의 첨가에 따라 제 2 단결정 반도체 막(154)의 표면에 불순물이 부착하는 것이나, 표면이 에칭되는 것을 방지할 수 있다. 절연막으로서는, 산화실리콘 막, 산화질화실리콘 막, 질화실리콘 막, 질화산화실리콘 막 등의 단층, 또는 이것들을 적층시킨 막을 사용할 수 있다. 이 경우, 절연막(106)의 하방에 이것들의 절연막이 형성된다. 또한, 절연막(106)을 형성한 후에 이온을 첨가하여도 좋다.In addition, it is preferable to form an insulating film on the second single crystal semiconductor film 154 before adding ions. By forming the insulating film, it is possible to prevent impurities from adhering to the surface of the second single crystal semiconductor film 154 due to the addition of ions and to prevent the surface from being etched. As the insulating film, a single layer such as a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film or the like, or a film in which these layers are stacked can be used. In this case, these insulating films are formed below the insulating film 106. In addition, after the insulating film 106 is formed, ions may be added.

절연막(106)은, 피박리용 기판과 접합하는 층(접합층)으로서 기능하고, CVD법이나 스퍼터링법 등에 의하여 산화실리콘 막, 산화질화실리콘 막으로 형성할 수 있다. 또한, 절연막(106)은 접합층으로서 기능하기 때문에, 표면이 평탄인 것이 바람직하다. 여기서는, 유기 실란을 원료 가스에 사용한 CVD법에 의하여 성막되는 산화실리콘 층을 형성한다. 그 이외에도 실란을 원료 가스로서 사용한 CVD법에 의하여 성막되는 산화실리콘 층 또는 산화질화실리콘 층을 적용할 수도 있다.The insulating film 106 functions as a layer (bonding layer) to be bonded to the substrate to be peeled, and can be formed of a silicon oxide film or a silicon oxynitride film by a CVD method, a sputtering method, or the like. In addition, since the insulating film 106 functions as a bonding layer, the surface is preferably flat. Here, the silicon oxide layer formed by the CVD method which used organic silane for raw material gas is formed. In addition, the silicon oxide layer or the silicon oxynitride layer formed by CVD method which uses silane as a raw material gas can also be applied.

또한, 본 실시형태에서는, 제 2 단결정 반도체 막(154)에 박리층(105)을 형성하는 경우를 나타내지만, 제 1 단결정 반도체 막(103)의 막 두께가 제 2 단결정 반도체 막(154)보다 두꺼운 경우에는 제 1 단결정 반도체 막(103)에 박리층(105)을 형성하여도 좋다.In addition, in this embodiment, although the peeling layer 105 is formed in the 2nd single crystal semiconductor film 154, the film thickness of the 1st single crystal semiconductor film 103 is larger than the 2nd single crystal semiconductor film 154. In addition, in FIG. In the case of being thick, the release layer 105 may be formed in the first single crystal semiconductor film 103.

다음, 제 2 기판(111)을 준비한다(도 1b 참조).Next, the second substrate 111 is prepared (see FIG. 1B).

제 2 기판(111)은, 박리용 기판의 제 1 SOI 기판(100)을 구성하는 제 1 기판(101)과 동일한 재료로 이루어지는 기판을 사용한다. 예를 들어, 제 1 기판(101) 및 제 2 기판(111)으로서 유리 기판을 사용할 수 있다. 또한, 여기서는, 제 2 기판(111)은, 피박리용 기판이 된다.As the 2nd board | substrate 111, the board | substrate which consists of a material similar to the 1st board | substrate 101 which comprises the 1st SOI board | substrate 100 of a peeling board | substrate is used. For example, a glass substrate can be used as the first substrate 101 and the second substrate 111. In addition, the 2nd board | substrate 111 becomes a to-be-peeled substrate here.

제 2 기판(111)으로서 제 1 기판(101)과 동일한 재료로 이루어지는 기판을 사용함으로써, 제 1 SOI 기판(100)과 제 2 기판(111)을 접합한 후에 가열 처리를 행한 경우라도 각각의 기판의 열 팽창이나 열 처리 전후에 있어서의 기판의 수축의 차이를 작게 할 수 있다. 그 결과, 접합 불량을 억제할 수 있다.By using a substrate made of the same material as the first substrate 101 as the second substrate 111, even when the heat treatment is performed after joining the first SOI substrate 100 and the second substrate 111, the respective substrates are used. The difference in thermal expansion and shrinkage of the substrate before and after the heat treatment can be reduced. As a result, bonding failure can be suppressed.

다음, 제 1 SOI 기판(100)의 표면과 제 2 기판(111)의 표면을 대향시키고, 접합층으로서 기능하는 절연막(106)의 표면과 제 2 기판(111)의 표면을 접합시킨다(도 1c 참조). 이 접합은 반데르발스 힘(Van der Waal's forces)이 작용하며, 제 1 SOI 기판(100)과 제 2 기판(111)을 밀착함으로써, Si-H, Si-OH 등을 결합 종으로 하여 수소 결합에 의한 강고한 접합을 형성할 수 있다.Next, the surface of the first SOI substrate 100 and the surface of the second substrate 111 are opposed to each other, and the surface of the insulating film 106 serving as the bonding layer and the surface of the second substrate 111 are bonded to each other (FIG. 1C). Reference). In this bonding, van der Waal's forces are applied, and the hydrogen bonding is performed using Si-H, Si-OH, or the like as a bonding species by bringing the first SOI substrate 100 and the second substrate 111 into close contact with each other. It is possible to form a firm bond by.

또한, 제 1 SOI 기판(100)과 제 2 기판(111)을 접합하기 전에 접합면을 메가소닉(megasonic) 세정, 또는 메가소닉 세정 및 오존 수 세정을 행하는 것이 바람직하다. 이들의 처리를 행함으로써, 접합면의 유기물 등의 먼지를 제거하고, 표면을 친수화할 수 있다.In addition, it is preferable to perform megasonic cleaning, megasonic cleaning, and ozone water cleaning on the bonding surface before bonding the first SOI substrate 100 and the second substrate 111. By performing these processes, dust, such as an organic substance of a joining surface, can be removed and a surface can be made hydrophilic.

다음, 가열 처리를 행하여 박리층(105)에서 분리(벽개)함으로써, 제 2 기판(111) 위에 절연막(106)을 통하여 제 3 단결정 반도체 막(113)(제 2 단결정 반도체 막(154)의 일부)을 형성한다(도 1d 참조). 여기서는, 400℃ 내지 700℃의 가열 처리를 행함으로써, 박리층(105)에 포함되는 이온(예를 들어, 수소 이온)에 미소한 공동(空洞)의 체적 변화가 일어나고, 박리층(105)을 따라서 벽개된다. 그 결과, 제 2 기판(111) 위에 절연막(106)을 통하여 제 3 단결정 반도체 막(113)이 형성되 고, 제 1 기판(101) 위에는 박리되지 않는 제 2 단결정 반도체 막(154)이 잔존한다.Subsequently, a heat treatment is performed to separate (clog) the release layer 105 so that a portion of the third single crystal semiconductor film 113 (the second single crystal semiconductor film 154) is formed on the second substrate 111 through the insulating film 106. ) (See FIG. 1D). Here, by performing a heat treatment at 400 ° C to 700 ° C, the volume change of the microcavity occurs in the ions (for example, hydrogen ions) included in the release layer 105, and the release layer 105 is removed. Thus cleavage. As a result, the third single crystal semiconductor film 113 is formed on the second substrate 111 through the insulating film 106, and the second single crystal semiconductor film 154 that does not peel off remains on the first substrate 101.

이상의 공정에 의하여, 제 2 기판(111) 위에 절연막(106)을 통하여 제 3 단결정 반도체 막(113)이 형성된 제 2 SOI 기판(110)을 형성할 수 있다. 제 2 SOI 기판(110)은 상기 도 1a-1에 있어서의 박리용 기판으로서 이용할 수 있다.By the above process, the second SOI substrate 110 having the third single crystal semiconductor film 113 formed on the second substrate 111 through the insulating film 106 can be formed. The 2nd SOI substrate 110 can be used as a peeling substrate in the said FIG. 1A-1.

상술한 바와 같이, 박리용 기판으로서 SOI 기판을 사용하여 피박리 기판으로서 박리용 기판의 SOI 기판을 구성하는 기판과 동일한 재료로 이루어지는 기판을 사용함으로써, 반도체 기판 이외의 기판으로 구성되는 SOI 기판을 제작하는 경우라도, 접합 불량을 저감할 수 있다. 또한, 피박리용 기판인 제 2 기판(111)을 사용하여 형성된 제 2 SOI 기판(110)을 박리용 기판으로서 사용함으로써, 복수의 SOI 기판의 양산 공정에 있어서, 스루풋을 향상시킬 수 있다.As described above, by using the SOI substrate as the peeling substrate and using the substrate made of the same material as the substrate constituting the SOI substrate of the peeling substrate as the peeled substrate, an SOI substrate composed of a substrate other than the semiconductor substrate is produced. Even if it does, a poor bonding can be reduced. Moreover, the throughput can be improved in the mass production process of several SOI substrates by using the 2nd SOI substrate 110 formed using the 2nd substrate 111 which is a to-be-peeled substrate as a peeling substrate.

또한, 상기 공정에 있어서, 박리한 후의 제 1 SOI 기판(100'), 제 2 SOI 기판(110)의 표면에 평탄화 처리를 행하여도 좋다(도 1e 참조). 평탄화 처리를 행함으로써, 박리한 후에 제 2 단결정 반도체 막(154), 제 3 단결정 반도체 막(113)의 표면에 요철(凹凸)이 생긴 경우라도 표면을 평탄화할 수 있다.In the above step, the surface of the first SOI substrate 100 ′ and the second SOI substrate 110 after peeling may be planarized (see FIG. 1E). By performing the flattening treatment, even if unevenness occurs on the surfaces of the second single crystal semiconductor film 154 and the third single crystal semiconductor film 113 after peeling, the surface can be flattened.

평탄화 처리로서는, CMP(Chemical Mechanical Polishing), 에칭 처리, 레이저 광의 조사 등에 의하여 행할 수 있다. 여기서는, 드라이 에칭 또는 웨트 에칭의 한쪽, 또는 양쪽 모두를 조합한 에칭 처리(에치백 처리)를 행한 후에 레이저 광을 조사함으로써, 단결정 반도체 막의 재결정화와 표면의 평탄화를 행한다. 또한, 제 1 SOI 기판(100)의 평탄화 처리에 있어서, 제 2 단결정 반도체 막(154)을 제거 하여 제 1 단결정 반도체 막(103)을 노출시켜도 좋다.As a planarization process, it can carry out by CMP (Chemical Mechanical Polishing), an etching process, irradiation of a laser beam, etc. Here, after performing the etching process (etchback process) which combined one or both of dry etching or wet etching, laser beam is irradiated, and recrystallization of a single crystal semiconductor film and planarization of a surface are performed. In the planarization treatment of the first SOI substrate 100, the second single crystal semiconductor film 154 may be removed to expose the first single crystal semiconductor film 103.

레이저 광을 단결정 반도체 막의 상면 측으로부터 조사함으로써, 단결정 반도체 막의 상면을 용융시킬 수 있다. 용융한 후, 단결정 반도체 막이 냉각, 고화됨으로써, 그 상면의 평탄성이 향상된 단결정 반도체 막을 얻을 수 있다. 레이저 광을 사용함으로써, 제 1 기판(101) 또는 제 2 기판(111)이 직접 가열되지 않기 때문에, 상기 제 1 기판(101) 또는 제 2 기판(111)의 온도 상승을 억제할 수 있다. 따라서, 유리 기판과 같은 내열성이 낮은 기판을 제 1 기판(101) 또는 제 2 기판(111)에 사용할 수 있다.The upper surface of the single crystal semiconductor film can be melted by irradiating laser light from the upper surface side of the single crystal semiconductor film. After melting, the single crystal semiconductor film is cooled and solidified, whereby a single crystal semiconductor film having improved flatness on its upper surface can be obtained. By using the laser light, since the first substrate 101 or the second substrate 111 is not directly heated, it is possible to suppress the temperature rise of the first substrate 101 or the second substrate 111. Therefore, a low heat resistance substrate such as a glass substrate can be used for the first substrate 101 or the second substrate 111.

또한, 레이저 광의 조사에 의한 단결정 반도체 막의 용융은, 부분 용융으로 하는 것이 바람직하다. 완전 용융시킨 경우에는, 액상(液相)이 된 후의 무질서한 핵 발생에 의하여 미결정화하고, 결정성이 저하될 가능성이 높기 때문이다. 한편, 부분 용융시킴으로써, 용융되지 않는 고상 부분으로부터 결정 성장이 진행된다. 이것에 따라, 반도체 막 중의 결함을 감소시킬 수 있다. 여기서, 완전 용융이란, 단결정 반도체 막이 하부 계면 부근까지 용융되고, 액체 상태가 되는 것을 가리킨다. 한편, 부분 용융이란, 이 경우, 단결정 반도체 막의 상부는 용융하여 액상이 되지만, 하부는 용융시키지 않고 고상 상태인 것을 가리킨다.In addition, the melting of the single crystal semiconductor film by laser light irradiation is preferably partial melting. This is because, in the case of complete melting, microcrystallization is caused by disordered nucleation after becoming liquid phase and crystallinity is likely to decrease. On the other hand, by partial melting, crystal growth advances from the solid phase part which is not melted. As a result, defects in the semiconductor film can be reduced. Herein, complete melting means that the single crystal semiconductor film is melted to the vicinity of the lower interface to be in a liquid state. On the other hand, in this case, the partial melting means that the upper part of the single crystal semiconductor film melts to become a liquid phase, but the lower part does not melt but indicates a solid state.

상기 레이저 광의 조사에는, 펄스 발진 레이저를 사용하는 것이 바람직하다. 이것은, 순간적으로 고에너지의 펄스 레이저 광을 발진할 수 있고, 부분 용융 상태를 창출(創出)하는 것이 용이하게 되기 때문이다. 발진 주파수는, 1Hz 이상 10MHz 이하 정도로 하는 것이 바람직하다.It is preferable to use a pulse oscillation laser for irradiation of the said laser light. This is because it is possible to oscillate high-energy pulsed laser light instantaneously and to easily generate a partial melting state. The oscillation frequency is preferably about 1 Hz or more and about 10 MHz or less.

상술한 바와 같이, 레이저 광을 조사한 후에는, 단결정 반도체 막의 막 두께를 작게 하는 박막화 공정을 행하여도 좋다. 단결정 반도체 막의 박막화에는, 드라이 에칭 또는 웨트 에칭의 한쪽, 또는 양쪽 모두를 조합한 에칭 처리(에치백 처리)를 적용하면 좋다. 예를 들어, 단결정 반도체 막이 실리콘 재료로 이루어지는 층인 경우, 드라이 에칭으로서 SF6와 O2를 프로세스 가스에 사용하여 단결정 반도체 막을 얇게 할 수 있다.As above-mentioned, after irradiating a laser beam, you may perform the thinning process which makes the film thickness of a single crystal semiconductor film small. What is necessary is just to apply the etching process (etchback process) which combined one or both of dry etching or wet etching to thin film of a single crystal semiconductor film. For example, when the single crystal semiconductor film is a layer made of a silicon material, SF 6 and O 2 can be used as the process gas as the dry etching to thin the single crystal semiconductor film.

또한, 본 실시형태에서 나타낸 SOI 기판의 제작 방법은, 본 명세서의 다른 실시형태에서 나타내는 제작 방법과 적절히 조합하여 행할 수 있다.In addition, the manufacturing method of the SOI board | substrate shown by this embodiment can be performed in appropriate combination with the manufacturing method shown by other embodiment of this specification.

(실시형태 2)(Embodiment 2)

본 실시형태에서는, 복수의 SOI 기판의 제작 방법 및 기판의 이용 방법에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.In this embodiment, the manufacturing method of a some SOI board | substrate, and the usage method of a board | substrate are demonstrated with reference to drawings.

우선, 박리용 기판이 되는 제 1 SOI 기판(100)과, 제 2 기판(111)을 준비하고, 제 1 SOI 기판(100) 위에 제 2 단결정 반도체 막(154)을 형성한 후, 상기 제 2 단결정 반도체 막(154)에 박리층(105)을 형성하고, 제 2 단결정 반도체 막(154) 위에 절연막(106)을 형성한다(도 2a-1 내지 도 2a-4, 도 2b, 이하 "공정 A"라고 기재한다). 또한, 도 2a-1 내지 도 2b까지의 공정은, 상기 도 1a-1 내지 도 1b와 마찬가지로 행하면 좋다.First, after preparing a first SOI substrate 100 and a second substrate 111 to be a peeling substrate, and forming a second single crystal semiconductor film 154 on the first SOI substrate 100, the second The exfoliation layer 105 is formed on the single crystal semiconductor film 154, and the insulating film 106 is formed on the second single crystal semiconductor film 154 (Figs. 2A-1 to 2A-4, Fig. 2B, hereinafter referred to as “process A ". In addition, the process to FIGS. 2A-1 to 2B may be performed similarly to the said FIGS. 1A-1 to 1B.

다음, 접합층으로서 기능하는 절연막(106)의 표면과 제 2 기판(111)의 표면을 접합시킨 후에 가열 처리를 행하고, 박리층(105)을 경계로 하여 벽개함으로써, 제 2 기판(111) 위에 절연막(106)을 통하여 제 3 단결정 반도체 막(113)을 형성한 후, 박리한 후의 제 1 SOI 기판(100'), 제 2 SOI 기판(110)의 표면에 평탄화 처리를 행한다(도 2c 내지 도 2e, 이하 "공정 B"라고 기재한다). 또한, 도 2c 내지 도 2e까지의 공정은 상기 도 1c 내지 도 1e와 마찬가지로 행하면 좋다.Next, after the surface of the insulating film 106 functioning as the bonding layer and the surface of the second substrate 111 are bonded together, heat treatment is performed, and then cleaved with the release layer 105 as a boundary, thereby over the second substrate 111. After the third single crystal semiconductor film 113 is formed through the insulating film 106, planarization is performed on the surfaces of the first SOI substrate 100 ′ and the second SOI substrate 110 after peeling (FIGS. 2C to 2). 2e, hereinafter referred to as "step B"). 2C to 2E may be performed in the same manner as in FIGS. 1C to 1E.

그 후, 공정 B에 있어서 형성된 제 2 SOI 기판(110)을 공정 A에 있어서의 박리용의 제 1 SOI 기판(100)으로서 사용함으로써, 새로운 SOI 기판의 제작을 행한다. 또한, 공정 B에 있어서 박리한 후의 제 1 SOI 기판(100')을 사용하여 트랜지스터 등의 반도체 소자를 제작한다. 이 경우, 공정 B에 있어서 형성된 제 2 SOI 기판(110)의 제 2 기판(111), 절연막(106), 제 3 단결정 반도체 막(113)이, 공정 A에 있어서의 제 1 SOI 기판(100)의 제 1 기판(101), 절연막(102), 제 1 단결정 반도체 막(103)에 각각 대응한다. 또한, 공정 B에 있어서는, 박리한 후의 제 1 SOI 기판(100'), 제 2 SOI 기판(110)의 표면이 평탄한 경우에는, 평탄화 처리(도 2e 참조)를 생략하여도 좋다.Thereafter, the new SOI substrate is produced by using the second SOI substrate 110 formed in the step B as the first SOI substrate 100 for peeling in the step A. FIG. In addition, semiconductor elements, such as a transistor, are manufactured using the 1st SOI substrate 100 'after peeling in process B. FIG. In this case, the second substrate 111, the insulating film 106, and the third single crystal semiconductor film 113 of the second SOI substrate 110 formed in step B include the first SOI substrate 100 in step A. Correspond to the first substrate 101, the insulating film 102, and the first single crystal semiconductor film 103, respectively. In addition, in the process B, when the surface of the 1st SOI substrate 100 'and the 2nd SOI substrate 110 after peeling are flat, planarization process (refer FIG. 2E) may be abbreviate | omitted.

즉, 본 실시형태에서는, 박리용의 SOI 기판을 사용하여 새롭게 제조된 SOI 기판을 1번은 박리용의 SOI 기판으로서 이용하고, 박리용의 SOI 기판으로서 사용된 SOI 기판을 트랜지스터 등의 반도체 소자 형성용의 SOI 기판으로서 사용한다.That is, in this embodiment, the SOI substrate newly manufactured using the SOI substrate for peeling is used as a SOI substrate for peeling once, and the SOI substrate used as a SOI substrate for peeling is used for semiconductor element formation, such as a transistor. It is used as an SOI substrate.

도 2a-1 내지 도 2e-2에 도시한 방법을 이용하여 SOI 기판을 제작함으로써, 박리용 기판을 몇 번에 걸쳐 반복해서 재이용할 필요가 없어진다. 그 결과, 박리용 기판에 열 처리 등이 반복해서 행해지는 것에 의거한 박리용 기판의 품질의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 박리용 기판의 박막화 등에 의한 파손을 방지할 수 있다. 또한, 새롭게 제조된 SOI 기판을 박리용 기판으로서 1번 사용한 후에, 반도 체 소자 형성용의 기판으로서 사용함으로써, 복수의 SOI 기판을 제작할 때에, 복수의 SOI 기판간에 있어서의 품질의 차이를 저감할 수 있다.By producing the SOI substrate using the method shown in FIGS. 2A-1 to 2E-2, the peeling substrate does not need to be reused repeatedly over several times. As a result, the fall of the quality of the board | substrate for peeling based on heat processing etc. which are repeatedly performed to a board | substrate for peeling can be suppressed. In addition, damage due to thinning of the peeling substrate can be prevented. In addition, by using the newly manufactured SOI substrate once as a peeling substrate and then using it as a substrate for forming a semiconductor element, when producing a plurality of SOI substrates, the difference in quality between the plurality of SOI substrates can be reduced. have.

특히, 박리용 기판으로서 내열성이 낮은 유리 기판 등을 적용하는 경우에는, 박리용 기판을 몇 번에 걸쳐 반복해서 재이용함으로써 열 처리가 복수 횟수 행해지고, 기판의 특성의 변화에 의한 접합 불량이 생길 우려가 있지만, 박리용 기판으로서 수회(數回)(바람직하게는, 1번)의 이용이라면, 기판의 특성의 변화에 따른 접합 불량을 저감할 수 있다.In particular, when a glass substrate having a low heat resistance or the like is used as the substrate for peeling, by repeatedly reusing the substrate for peeling several times, heat treatment may be performed a plurality of times, and there is a fear that bonding failure due to a change in the characteristics of the substrate may occur. However, if it is used several times (preferably No. 1) as a board | substrate for peeling, the bonding defect by the change of the characteristic of a board | substrate can be reduced.

또한, 도 2a-1 내지 도 2e-2에서는, 새롭게 제조한 SOI 기판(제 2 SOI 기판(110))을 박리용의 기판(공정 A에 있어서의 제 1 SOI 기판(100))으로서 사용하는 경우, 제 3 단결정 반도체 막(113)을 평탄화한 후에 상기 제 3 단결정 반도체 막(113) 위에 반도체 막을 형성하고, 열 처리에 의한 에피택시얼 성장(고상 성장)에 의하여 결정화를 행하는 방법을 도시하지만, 이것에 한정되지 않는다.2A-1 to 2E-2, when the newly manufactured SOI substrate (second SOI substrate 110) is used as the peeling substrate (first SOI substrate 100 in step A). Although the semiconductor film is formed on the third single crystal semiconductor film 113 after the third single crystal semiconductor film 113 is planarized, the method of crystallizing by epitaxial growth (solid growth) by heat treatment is shown. It is not limited to this.

예를 들어, 박리한 후의 제 2 SOI 기판(110)의 제 3 단결정 반도체 막(113)의 표면에 평탄화 처리를 행하지 않고, 반도체 막(114)을 형성하고(도 3e-1 참조), 그 후, 열 처리를 행함으로써, 반도체 막(114)의 결정화를 행하여도 좋다(도 3a-3 참조). 이 경우, 제 3 단결정 반도체 막(113)의 표면에 요철이 있는 경우라도, 상기 제 3 단결정 반도체 막(113) 위에 반도체 막(114)을 형성한 후에 결정화하여 제 2 단결정 반도체 막(154)을 형성함으로써, 상기 제 2 단결정 반도체 막(154)의 표면을 제 3 단결정 반도체 막(113)의 표면의 요철보다 완화된 표면으로 할 수 있다.For example, the semiconductor film 114 is formed without performing the planarization process on the surface of the 3rd single crystal semiconductor film 113 of the 2nd SOI substrate 110 after peeling (refer FIG. 3E-1), and after that The crystallization of the semiconductor film 114 may be performed by performing heat treatment (see FIG. 3A-3). In this case, even when the surface of the third single crystal semiconductor film 113 is uneven, the semiconductor film 114 is formed on the third single crystal semiconductor film 113 and then crystallized to form the second single crystal semiconductor film 154. By forming, the surface of the second single crystal semiconductor film 154 can be made less relaxed than the unevenness of the surface of the third single crystal semiconductor film 113.

그 후, 도 3a-4의 공정을 행하여도 좋고, 제 2 단결정 반도체 막(154)의 표 면에 평탄화 처리를 행한 후에 도 3a-4의 공정을 행하여도 좋다. 또한, 제 2 단결정 반도체 막(154)의 평탄화를 행하는 경우라도, 박리한 후의 제 3 단결정 반도체 막(113)의 표면과 비교하여 표면이 평탄하기 때문에, 박리한 후에 평탄화 처리를 행하는 경우와 비교하여 평탄화를 용이하게 행할 수 있다.Thereafter, the process of FIGS. 3A-4 may be performed or the process of FIGS. 3A-4 may be performed after the planarization treatment is performed on the surface of the second single crystal semiconductor film 154. In addition, even when the second single crystal semiconductor film 154 is planarized, the surface is flat compared to the surface of the third single crystal semiconductor film 113 after peeling, and thus compared with the case where the planarization treatment is performed after peeling. Flattening can be performed easily.

도 3a-1 내지 도 3e-2에서는, 제 2 SOI 기판(110)을 제조하기 위해서 박리용 기판으로서 사용한 제 1 SOI 기판(100)은, 박리한 후에 평탄화 처리(도 3e-2 참조)를 행하는 경우를 도시하지만, 제 2 SOI 기판(110)과 마찬가지로 잔존한 제 2 단결정 반도체 막(154) 위에 반도체 막을 형성한 후에 열 처리를 행함으로써, 잔존한 제 2 단결정 반도체 막(154)을 시드(seed)층으로서 단결정 반도체 막을 형성하여도 좋다. SOI 기판의 단결정 반도체 막을 두껍게 형성하는 경우에는 적합하다.3A-1 to 3E-2, the first SOI substrate 100 used as the peeling substrate for manufacturing the second SOI substrate 110 is subjected to planarization treatment (see FIG. 3E-2) after peeling. Although the case is shown, the heat treatment is performed after forming the semiconductor film on the remaining second single crystal semiconductor film 154 similarly to the second SOI substrate 110 to seed the remaining second single crystal semiconductor film 154. A single crystal semiconductor film may be formed as the layer). It is suitable for forming a thick single crystal semiconductor film of an SOI substrate.

또한, 본 실시형태에서 나타낸 SOI 기판의 제작 방법은, 본 명세서의 다른 실시형태에서 도시하는 제작 방법과 적절히 조합하여 행할 수 있다.In addition, the manufacturing method of the SOI board | substrate shown by this embodiment can be performed in appropriate combination with the manufacturing method shown by other embodiment of this specification.

(실시형태 3)(Embodiment 3)

본 실시형태에서는, 상기 실시형태와 다른 SOI 기판의 제작 방법에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 구체적으로는, 제 1 단결정 반도체 막 위에 반도체 막을 형성하고, 성막과 동시에 에피택시얼 성장(기상(氣相) 성장)시켜 제 2 단결정 반도체 막을 형성하는 방법에 관해서 상기 실시형태와 다른 방법에 대해서 설명한다.In this embodiment, the manufacturing method of the SOI board | substrate different from the said embodiment is demonstrated with reference to drawings. Specifically, a method different from the above embodiment will be described with respect to a method of forming a semiconductor film on the first single crystal semiconductor film, and epitaxial growth (gas phase growth) to form a second single crystal semiconductor film simultaneously with the film formation. do.

단결정 반도체 막(예를 들어, 단결정 실리콘 막) 위에 CVD법에 의하여 소정의 조건으로 반도체 막(예를 들어, 실리콘 막)을 형성함으로써 형성되는 반도체 막 을 퇴적과 동시에 단결정 실리콘 막을 시드층으로서 에피택시얼 성장(기상 성장)시킬 수 있다.A semiconductor film formed by forming a semiconductor film (e.g., a silicon film) on a single crystal semiconductor film (e.g., a single crystal silicon film) under a predetermined condition by a CVD method, is deposited and epitaxy as a seed layer as a seed layer. Earl growth (weather growth).

예를 들어, 상기 도 2a-1 내지 도 2d까지의 공정을 행한 후, 박리용 기판으로서 이용하는 제 2 SOI 기판(110) 위에 CVD법을 사용하여 소정의 조건으로 반도체 막을 형성한다. 그 결과, 제 2 SOI 기판(110)의 제 3 단결정 반도체 막(113)위에 에피택시얼 성장(기상 성장)시키면서 반도체 막을 형성함으로써, 제 4 단결정 반도체 막(164)을 형성할 수 있다(도 4e-1 참조).For example, after performing the process to FIGS. 2A-1 to 2D, a semiconductor film is formed on the 2nd SOI substrate 110 used as a peeling board | substrate under predetermined conditions using CVD method. As a result, the fourth single crystal semiconductor film 164 can be formed by forming a semiconductor film on the third single crystal semiconductor film 113 of the second SOI substrate 110 while epitaxially growing (vapor growth) (FIG. 4E). -1).

또한, 플라즈마 CVD법의 조건은, 미결정 반도체 막을 형성하는 조건으로 행한다. 구체적으로는, 실란 가스 및 수소 가스를 포함하는 분위기하에서 수소 가스의 유량을 실란 가스의 유량과 비교하여 50배 이상, 바람직하게는, 100배 이상으로 하여 행한다. 이러한 조건으로 행함으로써, 성막과 동시에 에피택시얼 성장을 행할 수 있다.In addition, the conditions of plasma CVD method are performed on the conditions which form a microcrystalline semiconductor film. Specifically, in the atmosphere containing silane gas and hydrogen gas, the flow rate of hydrogen gas is 50 times or more, preferably 100 times or more compared with the flow rate of silane gas. By performing on these conditions, epitaxial growth can be performed simultaneously with film-forming.

또한, 본 실시형태에서 나타낸 SOI 기판의 제작 방법은, 본 명세서의 다른 실시형태에서 나타내는 제작 방법과 적절히 조합하여 행할 수 있다.In addition, the manufacturing method of the SOI board | substrate shown by this embodiment can be performed in appropriate combination with the manufacturing method shown by other embodiment of this specification.

(실시형태 4)(Embodiment 4)

본 실시형태에서는, 상기 실시형태에서 나타낸 SOI 기판의 제작 방법에 있어서, 박리용 기판이 되는 SOI 기판의 제작 방법의 일례에 관하여 도면을 참조하여 설명한다.In this embodiment, in the manufacturing method of the SOI substrate shown in the said embodiment, an example of the manufacturing method of the SOI substrate used as a peeling substrate is demonstrated with reference to drawings.

상기 실시형태에서는, 박리용 기판으로서 기능하는 SOI 기판(제 1 SOI 기판(100))을 사용하여 제작된 SOI 기판(제 2 SOI 기판(110))을 박리용 기판으로서 사용하는 경우에 대해서 나타내지만, 본 실시형태에서는, 그 기초가 되는 SOI 기판(제 1 SOI 기판(100))의 제작 방법에 관하여 도면을 참조하여 설명한다.Although the said embodiment shows about the case where the SOI substrate (2nd SOI substrate 110) produced using the SOI substrate (1st SOI substrate 100) which functions as a peeling substrate is used as a peeling substrate, In this embodiment, the manufacturing method of the SOI substrate (1st SOI substrate 100) which becomes the base is demonstrated with reference to drawings.

우선, 표면에 절연막(102)이 형성되고, 표면으로부터 소정의 깊이에 박리층(175)이 형성된 단결정 반도체 기판(171)(예를 들어, 단결정 실리콘 기판)을 준비한다(도 9a 참조).First, an insulating film 102 is formed on the surface, and a single crystal semiconductor substrate 171 (for example, a single crystal silicon substrate) having a release layer 175 formed at a predetermined depth from the surface is prepared (see Fig. 9A).

단결정 반도체 기판(171)은 시중 판매(市中販賣)의 반도체 기판을 사용할 수 있고, 예를 들어, 단결정의 실리콘 기판이나 게르마늄 기판, 갈륨비소나 인듐인 등의 화합물 반도체 기판을 들 수 있다. 시중 판매의 실리콘 기판으로서는, 직경 5인치(125mm), 직경 6인치(150mm), 직경 8인치(200mm), 직경 12인치(300mm) 사이즈의 원형(圓形)이 대표적이다. 또한, 형상은 원형에 한정되지 않고, 직사각형 형상 등으로 가공한 실리콘 기판을 사용할 수도 있다.As the single crystal semiconductor substrate 171, a commercially available semiconductor substrate can be used. Examples of the single crystal semiconductor substrate 171 include a compound semiconductor substrate such as a single crystal silicon substrate, a germanium substrate, gallium arsenide, and indium. Commercially available silicon substrates are typically 5 inches (125 mm) in diameter, 6 inches (150 mm) in diameter, 8 inches (200 mm) in diameter, and 12 inches (300 mm) in diameter. In addition, the shape is not limited to a circular shape, The silicon substrate processed into the rectangular shape etc. can also be used.

절연막(102)은 접합층으로서 기능한다.The insulating film 102 functions as a bonding layer.

박리층(175)은 전계로 가속된 이온으로 이루어지는 이온 빔을 조사하여 단결정 반도체 기판(171)의 표면으로부터 소정의 깊이의 영역에 이온을 도입함으로써 형성할 수 있다.The release layer 175 can be formed by irradiating an ion beam made of ions accelerated by an electric field to introduce ions into a region of a predetermined depth from the surface of the single crystal semiconductor substrate 171.

다음, 제 1 기판(101)을 준비하고(도 9b 참조), 단결정 반도체 기판(171)의 표면과 제 1 기판(101)의 표면을 대향시키고, 접합층으로서 기능하는 절연막(102)의 표면과 제 1 기판(101)의 표면을 접합시킨다(도 9c 참조). 단결정 반도체 기판(171) 위에 형성된 절연막(102)과 제 1 기판(101)의 표면을 밀착시킴으로써 접합이 형성된다. 이 접합은 반데르발스 힘(Van der Waal's forces)이 작용하고, 단결 정 반도체 기판(171)과 제 1 기판(101)을 밀착시킴으로써, Si-H, Si-OH 등을 결합 종으로서, 수소 결합에 의한 강고한 접합을 형성할 수 있게 된다.Next, the first substrate 101 is prepared (see FIG. 9B), the surface of the single crystal semiconductor substrate 171 and the surface of the first substrate 101 are opposed to each other, and the surface of the insulating film 102 serving as a bonding layer The surface of the first substrate 101 is bonded (see FIG. 9C). A junction is formed by bringing the insulating film 102 formed on the single crystal semiconductor substrate 171 into close contact with the surface of the first substrate 101. In this junction, van der Waal's forces are applied, and the single crystal semiconductor substrate 171 and the first substrate 101 are brought into close contact with each other to form a hydrogen bond using Si-H, Si-OH, or the like as a bonding species. It is possible to form a firm bond by.

다음, 가열 처리를 행하고, 박리층(175)에서 벽개하고, 단결정 반도체 기판(171)의 일부를 박리하여 제 1 기판(101) 위에 형성한다(도 9d 참조). 여기서는, 400℃ 내지 700℃의 가열 처리를 행함으로써, 박리층(175)에 포함되는 이온(예를 들어, 수소 이온)에 미소한 공동의 체적 변화가 일어나고, 박리층(175)에 연하여 벽개될 수 있게 된다. 그 결과, 제 1 기판(101) 위에 절연막(102)을 통하여 제 1 단결정 반도체 막(103)이 형성된다.Next, heat treatment is performed, cleavage is carried out in the release layer 175, and a part of the single crystal semiconductor substrate 171 is peeled off and formed on the first substrate 101 (see FIG. 9D). In this case, by performing a heat treatment at 400 ° C to 700 ° C, a small cavity volume change occurs in the ions (for example, hydrogen ions) included in the release layer 175, and cleavage in connection with the release layer 175. It becomes possible. As a result, the first single crystal semiconductor film 103 is formed on the first substrate 101 through the insulating film 102.

이상의 공정에 의하여 제 1 기판(101) 위에 절연막(102)을 통하여 제 1 단결정 반도체 막(103)이 형성된 제 1 SOI 기판(100)을 형성할 수 있다.By the above process, the first SOI substrate 100 having the first single crystal semiconductor film 103 formed on the first substrate 101 through the insulating film 102 can be formed.

그 후, 제 1 SOI 기판(100)은 상기 도 1a-1 내지 도 2e-2에 있어서의 박리용 기판으로서 이용할 수 있다.Thereafter, the first SOI substrate 100 can be used as the peeling substrate in FIGS. 1A-1 to 2E-2.

이와 같이, 본 실시형태에서는, 후에 박리용 기판으로서 사용하는 SOI 기판을 단결정 반도체 기판을 사용하여 제작한 후, 상기 SOI 기판을 박리용 기판으로서 사용한다. 따라서, 가령 비반도체 기판(예를 들어, 유리 기판) 위에 단결정 반도체 막을 가지는 SOI 기판을 50장 형성하는 경우, 종래 방법에서는, 모든 SOI 기판의 제작에 있어서 박리용 기판으로서 단결정 반도체 기판을 사용할 필요가 있었다. 따라서, 박리용 기판과 피박리용 기판의 특성의 상이에 의하여 접합 불량이 생길 가능성이 높고, 수율이 저하될 우려가 있다. 또한, 반도체 기판을 반복하여 재이용할 경우에는, 박리용 기판이 되는 반도체 기판의 품질의 저하에 따라, 제작된 복 수의 SOI 기판간에 있어서의 품질의 차이가 생긴다.Thus, in this embodiment, after producing the SOI substrate used later as a peeling substrate using a single crystal semiconductor substrate, the said SOI substrate is used as a peeling substrate. Therefore, when 50 SOI substrates having a single crystal semiconductor film are formed on a non-semiconductor substrate (for example, a glass substrate), in the conventional method, it is necessary to use a single crystal semiconductor substrate as a peeling substrate in the production of all SOI substrates. there was. Therefore, the possibility of joining defects is high by the difference of the characteristic of a peeling board | substrate and a to-be-peeled board | substrate, and there exists a possibility that a yield may fall. In addition, when the semiconductor substrate is repeatedly reused, the quality difference between a plurality of SOI substrates produced is caused by the deterioration of the quality of the semiconductor substrate which becomes the peeling substrate.

한편, 본 발명의 SOI 기판의 제작 방법에서는, 최초의 1장째의 SOI 기판(여기서는 제 1 SOI 기판)의 제조에는, 박리용 기판으로서 단결정 반도체 기판을 사용하지만, 2장째 이후의 SOI 기판의 제조에는 박리용 기판과 피박리용 기판으로서 동일한 재료로 이루어지는 기판을 사용할 수 있다. 그 결과, 접합 불량을 저감하고, 수율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 상기 도 2a-1 내지 도 2e-2에 도시하는 바와 같이, 제조된 SOI 기판을 박리용 기판으로서 사용함으로써, 박리용 기판이 반복하여 재이용되는 것을 방지하고, 제작된 복수의 SOI 기판간에 있어서의 품질의 차이를 저감할 수 있다.On the other hand, in the production method of the SOI substrate of the present invention, a single crystal semiconductor substrate is used as the peeling substrate for the manufacture of the first SOI substrate (here, the first SOI substrate), but for the manufacture of the SOI substrate after the second sheet. As a peeling board | substrate and a to-be-peeled board | substrate, the board | substrate which consists of the same material can be used. As a result, joining defects can be reduced and yield can be improved. As shown in Figs. 2A-1 to 2E-2, by using the manufactured SOI substrate as a peeling substrate, the peeling substrate is prevented from being reused repeatedly, and the plurality of SOI substrates are manufactured. The difference in quality can be reduced.

또한, 본 실시형태에서 나타낸 SOI 기판의 제작 방법은, 본 명세서의 다른 실시형태에서 나타내는 제작 방법과 적절히 조합하여 행할 수 있다.In addition, the manufacturing method of the SOI board | substrate shown by this embodiment can be performed in appropriate combination with the manufacturing method shown by other embodiment of this specification.

(실시형태 5)(Embodiment 5)

본 실시형태에서는, 상기 실시형태에서 제작한 SOI 기판을 사용하여, 반도체 장치를 제작하는 방법을 설명한다.In this embodiment, a method of manufacturing a semiconductor device using the SOI substrate produced in the above embodiment will be described.

우선, 도 5a 내지 도 6c를 참조하여 반도체 장치의 제작 방법으로서 n채널형 박막 트랜지스터, 및 p채널형 박막 트랜지스터를 제작하는 방법을 설명한다. 복수의 박막 트랜지스터(TFT)를 조합함으로써, 각종의 반도체 장치를 형성할 수 있다.First, an n-channel thin film transistor and a p-channel thin film transistor are described as a method of manufacturing a semiconductor device with reference to FIGS. 5A to 6C. Various semiconductor devices can be formed by combining a plurality of thin film transistors (TFTs).

SOI 기판으로서 실시형태 1의 방법에 의하여 제작한 SOI 기판을 사용하는 경우에 대해서 설명한다. 또한, 여기서는, 상기 도 1e에 있어서, 평탄화 처리를 행하고, 제 2 단결정 반도체 막(154)을 제거하여 제 1 단결정 반도체 막(103)을 노출 시킨 SOI 기판을 사용하는 경우에 대해서 나타낸다.The case where the SOI substrate produced by the method of Embodiment 1 is used as an SOI substrate is demonstrated. In addition, in this FIG. 1E, the case where the planarization process is performed and the 2nd single crystal semiconductor film 154 is removed and the 1st single crystal semiconductor film 103 is exposed is used for the case where the SOI substrate is used.

도 5a는 도 1a-1 내지 도 1e를 사용하여 설명한 방법으로 제작된 SOI 기판의 단면도이다.5A is a cross-sectional view of an SOI substrate fabricated by the method described using FIGS. 1A-1 through 1E.

에칭에 의하여 SOI 기판의 제 1 단결정 반도체 막(103)을 소자 분리하여, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 반도체 막(251, 252)을 형성한다. 반도체 막(251)은 n채널형의 TFT를 구성하고, 반도체 막(252)은 p채널형 TFT를 구성한다.By etching, the first single crystal semiconductor film 103 of the SOI substrate is separated and the semiconductor films 251 and 252 are formed as shown in Fig. 5B. The semiconductor film 251 constitutes an n-channel TFT, and the semiconductor film 252 constitutes a p-channel TFT.

도 5c에 도시하는 바와 같이, 반도체 막(251, 252) 위에 절연막(254)을 형성한다. 다음, 절연막(254)을 통하여 반도체 막(251) 위에 게이트 전극(255)을 형성하고, 반도체 막(252) 위에 게이트 전극(256)을 형성한다.As shown in FIG. 5C, an insulating film 254 is formed over the semiconductor films 251 and 252. Next, the gate electrode 255 is formed on the semiconductor film 251 through the insulating film 254, and the gate electrode 256 is formed on the semiconductor film 252.

또한, 제 1 단결정 반도체 막(103)의 에칭을 행하기 전에 TFT의 임계값 전압을 제어하기 위해서, 붕소, 알루미늄, 갈륨 등의 억셉터가 되는 불순물 원소, 또는 인, 비소 등의 도너가 되는 불순물 원소를 제 1 단결정 반도체 막(103)에 첨가하는 것이 바람직하다. 예를 들어, n채널형 TFT가 형성되는 영역에 억셉터를 첨가하고, p채널형 TFT가 형성되는 영역에 도너를 첨가한다.Further, in order to control the threshold voltage of the TFT before etching the first single crystal semiconductor film 103, an impurity element serving as an acceptor such as boron, aluminum, gallium, or a donor such as phosphorus, arsenic or the like It is preferable to add an element to the first single crystal semiconductor film 103. For example, an acceptor is added to a region where an n-channel TFT is formed, and a donor is added to a region where a p-channel TFT is formed.

다음, 도 5d에 도시하는 바와 같이, 반도체 막(251)에 n형의 저농도 불순물 영역(257)을 형성하고, 반도체 막(252)에 p형의 고농도 불순물 영역(259)을 형성한다. 우선, 반도체 막(251)에 n형 저농도 불순물 영역(257)을 형성한다. 따라서, p채널형 TFT가 되는 반도체 막(252)을 레지스트로 마스크하고, 도너를 반도체 막(251)에 첨가한다. 도너로서 인 또는 비소를 첨가하면 좋다. 이온 도핑법 또는 이온 주입법에 의하여 도너를 첨가함으로써, 게이트 전극(255)이 마스크가 되고, 반도체 막(251)에 자기 정합적으로 n형의 저농도 불순물 영역(257)이 형성된다. 반도체 막(251)의 게이트 전극(255)과 겹치는 영역은 채널 형성 영역(258)이 된다.Next, as shown in FIG. 5D, an n-type low concentration impurity region 257 is formed in the semiconductor film 251, and a p-type high concentration impurity region 259 is formed in the semiconductor film 252. First, an n-type low concentration impurity region 257 is formed in the semiconductor film 251. Therefore, the semiconductor film 252 to be a p-channel TFT is masked with a resist, and a donor is added to the semiconductor film 251. What is necessary is just to add phosphorus or arsenic as a donor. By adding a donor by an ion doping method or an ion implantation method, the gate electrode 255 becomes a mask, and the n type low concentration impurity region 257 is formed in the semiconductor film 251 in a self-alignment manner. The region overlapping with the gate electrode 255 of the semiconductor film 251 becomes the channel formation region 258.

다음에, 반도체 막(252)을 덮는 마스크를 제거한 후, n채널형 TFT가 되는 반도체 층(251)을 레지스트 마스크로 덮는다. 다음에, 이온도핑법 또는 이온 주입법에 의해 억셉터를 반도체 막(252)에 첨가한다. 억셉터로서, 붕소를 첨가할 수 있다. 억셉터의 첨가공정에서는, 게이트 전극(255)이 마스크로서 기능하여, 반도체 막(252)에 p형의 고농도 불순물 영역(259)이 자기정합적으로 형성된다. p형의 고농도 불순물 영역(259)은 소스 영역 또는 드레인 영역으로서 기능한다. 반도체 막(252)의 게이트 전극(256)과 겹치는 영역은 채널 형성 영역(260)이 된다. 여기에서는, n형의 저농도 불순물 영역(257)을 형성한 후, p형의 고농도 불순물 영역(259)을 형성하는 방법을 설명하였지만, 먼저 p형의 고농도 불순물 영역(259)을 형성할 수도 있다.Next, after removing the mask covering the semiconductor film 252, the semiconductor layer 251 to be an n-channel TFT is covered with a resist mask. Next, the acceptor is added to the semiconductor film 252 by ion doping or ion implantation. As an acceptor, boron can be added. In the addition process of the acceptor, the gate electrode 255 functions as a mask, and the p-type high concentration impurity region 259 is self-aligned in the semiconductor film 252. The p-type high concentration impurity region 259 functions as a source region or a drain region. The region overlapping with the gate electrode 256 of the semiconductor film 252 becomes the channel formation region 260. Here, the method for forming the p-type high concentration impurity region 259 after the n-type low concentration impurity region 257 has been described, but first, the p-type high concentration impurity region 259 may be formed.

다음에, 반도체 막(251)을 덮는 레지스트를 제거한 후, 플라즈마 CVD법 등에 의해서 질화실리콘 등의 질소 화합물이나 산화실리콘 등의 산화물로 이루어지는 단층 구조 또는 적층 구조의 절연막을 형성한다. 이 절연막을 수직 방향의 이방성 에칭함으로써, 도 6a에 도시하는 바와 같이, 게이트 전극(255, 256)의 측면에 접하는 사이드 월 절연층(261, 262)을 형성한다. 이 이방성 에칭에 의해, 절연막(254)도 에칭된다.Next, after removing the resist covering the semiconductor film 251, an insulating film having a single layer structure or a laminated structure made of a nitrogen compound such as silicon nitride or an oxide such as silicon oxide is formed by a plasma CVD method or the like. By anisotropically etching this insulating film, as shown in FIG. 6A, sidewall insulating layers 261 and 262 in contact with the side surfaces of the gate electrodes 255 and 256 are formed. By this anisotropic etching, the insulating film 254 is also etched.

다음에, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 반도체 층(252)을 레지스트(265)로 덮는다. 반도체 층(251)에 소스 영역 또는 드레인 영역으로서 기능하는 고농도 불순 물 영역을 형성하기 위해서, 이온 주입법 또는 이온 도핑법에 의해, 반도체 층(251)에 고도즈량으로 도너를 첨가한다. 게이트 전극(255) 및 사이드 월 절연막(261)이 마스크가 되어, n형의 고농도 불순물 영역(267)이 형성된다. 다음에, 도너 및 억셉터의 활성화를 위한 가열 처리를 한다.Next, as shown in FIG. 6B, the semiconductor layer 252 is covered with a resist 265. In order to form a high concentration impurity region functioning as a source region or a drain region in the semiconductor layer 251, a donor is added to the semiconductor layer 251 in a high amount by an ion implantation method or an ion doping method. The gate electrode 255 and the sidewall insulating film 261 are masked to form an n-type high concentration impurity region 267. Next, heat treatment for activation of the donor and acceptor is performed.

활성화의 가열 처리 후, 도 6c에 도시하는 바와 같이, 수소를 포함한 절연막(268)을 형성한다. 절연막(268)을 형성 후, 350℃ 이상 450℃ 이하의 온도로 가열 처리를 하여, 절연막(268) 중에 포함되는 수소를 반도체 막(251, 252) 중으로 확산시킨다. 절연막(268)은, 프로세스 온도가 350℃ 이하의 플라즈마 CVD법에 의하여 질화실리콘 또는 질화산화실리콘을 퇴적시킴으로써 형성할 수 있다. 반도체 막(251, 252)에 수소를 공급함으로써, 반도체 막(251, 252) 중 및 절연막(254)과의 계면에서의 포획 중심이 되는 결함을 효과적으로 보상할 수 있다.After the activation heat treatment, as shown in Fig. 6C, an insulating film 268 containing hydrogen is formed. After the insulating film 268 is formed, heat treatment is performed at a temperature of 350 ° C. or more and 450 ° C. or less to diffuse hydrogen contained in the insulating film 268 into the semiconductor films 251 and 252. The insulating film 268 can be formed by depositing silicon nitride or silicon nitride oxide by a plasma CVD method having a process temperature of 350 ° C. or lower. By supplying hydrogen to the semiconductor films 251 and 252, defects which become trapping centers in the semiconductor films 251 and 252 and at the interface with the insulating film 254 can be effectively compensated.

그 후, 층간 절연층(269)을 형성한다. 층간 절연층(269)은, 산화실리콘 막, BPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)막 등의 무기재료로 이루어지는 절연막, 또는, 폴리이미드, 아크릴 등의 유기수지막으로부터 선택된 단층 구조의 막, 적층 구조의 막으로 형성할 수 있다. 층간 절연막(269)에 콘택트 홀을 형성한 후, 도 6c에 도시하는 바와 같이 배선(270)을 형성한다. 배선(270)의 형성에는, 예를 들어, 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막 등의 저저항 금속막을 배리어 메탈막으로 끼운 3층 구조의 도전막으로 형성할 수 있다. 배리어 메탈막은, 몰리브덴, 크롬, 티타늄 등의 금속막으로 형성할 수 있다.Thereafter, an interlayer insulating layer 269 is formed. The interlayer insulating layer 269 is an insulating film made of an inorganic material such as a silicon oxide film, a BPSG (Boron Phosphorus Silicon Glass) film, or a single layer structure film or a laminated structure film selected from organic resin films such as polyimide and acryl. Can be formed. After the contact holes are formed in the interlayer insulating film 269, the wiring 270 is formed as shown in Fig. 6C. In the formation of the wiring 270, for example, a low resistance metal film such as an aluminum film or an aluminum alloy film can be formed of a conductive film having a three-layer structure in which a barrier metal film is sandwiched. The barrier metal film can be formed of a metal film such as molybdenum, chromium or titanium.

이상의 공정에 의해, n채널형 TFT와 p채널형 TFT를 갖는 반도체 장치를 제작 할 수 있다. SOI 기판의 제작 과정에서, 채널 형성 영역을 구성하는 반도체 막의 금속 원소의 농도를 저감시키고 있기 때문에, 오프 전류가 작고, 임계값 전압의 변동이 억제된 TFT를 제작할 수 있다.Through the above steps, a semiconductor device having an n-channel TFT and a p-channel TFT can be manufactured. In the production process of the SOI substrate, since the concentration of the metal element of the semiconductor film constituting the channel formation region is reduced, a TFT with small off current and suppressed fluctuation in threshold voltage can be produced.

도 5a 내지 도 6c를 참조하여 TFT의 제작 방법을 설명하였지만, TFT 이외에 용량, 저항 등 TFT와 함께 각종의 반도체 소자를 형성함으로써, 고부가가치의 반도체 장치를 제작할 수 있다. 이하, 도면을 참조하면서 반도체 장치의 구체적인 형태를 설명한다.Although the manufacturing method of TFT was demonstrated with reference to FIGS. 5A-6C, high value-added semiconductor device can be manufactured by forming various semiconductor elements with TFT, such as a capacitance | capacitance and a resistance other than TFT. Hereinafter, the specific form of a semiconductor device is demonstrated, referring drawings.

우선, 반도체 장치의 일례로서, 마이크로프로세서에 대해서 설명한다. 도 7은 마이크로프로세서(500)의 구성예를 도시하는 블록도이다.First, a microprocessor will be described as an example of a semiconductor device. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of a microprocessor 500.

마이크로프로세서(500)는, 연산회로(501; Arithmetic logic unit. ALU라고도 함.), 연산회로 제어부(502; ALU Controller), 명령 해석부(503; Instruction Decoder), 인터럽트 제어부(504; Interrupt Controller), 타이밍 제어부(505; Timing Controller), 레지스터(506; Register), 레지스터 제어부(507; Register Controller), 버스 인터페이스(508; Bus I/F), 판독 전용 메모리(509), 및 메모리 인터페이스(510)를 가진다.The microprocessor 500 may include an arithmetic logic unit (ALU), an arithmetic circuit controller 502 (ALU controller), an instruction interpreter 503 (Instruction Decoder), and an interrupt controller 504 (interrupt controller). A timing controller 505, a register 506, a register controller 507, a bus interface 508, a bus I / F, a read-only memory 509, and a memory interface 510. Has

버스 인터페이스(508)를 통하여 마이크로프로세서(500)에 입력된 명령은, 명령 해석부(503)에 입력되고, 디코드된 후, 연산회로 제어부(502), 인터럽트 제어부(504), 레지스터 제어부(507), 타이밍 제어부(505)에 입력된다. 연산회로 제어부(502), 인터럽트 제어부(504), 레지스터 제어부(507), 타이밍 제어부(505)는, 디코드된 명령에 기초하여 각종 제어를 행한다.The command input to the microprocessor 500 via the bus interface 508 is input to the command interpreter 503 and decoded, and then the arithmetic circuit control unit 502, the interrupt control unit 504, and the register control unit 507. Input to the timing controller 505. The calculation circuit control unit 502, the interrupt control unit 504, the register control unit 507, and the timing control unit 505 perform various controls based on the decoded instructions.

연산회로 제어부(502)는, 연산회로(501)의 동작을 제어하기 위한 신호를 생성한다. 또한, 인터럽트 제어부(504)는, 마이크로프로세서(500)의 프로그램 실행중에, 외부의 입출력 장치나 주변회로로부터의 인터럽트 요구를 처리하는 회로이며, 인터럽트 제어부(504)는 인터럽트 요구의 우선도나 마스크 상태를 판단하여 인터럽트 요구를 처리한다. 레지스터 제어부(507)는, 레지스터(506)의 어드레스를 생성하고, 마이크로프로세서(500)의 상태에 따라서 레지스터(506)의 판독이나 기록을 한다. 타이밍 제어부(505)는, 연산회로(501), 연산회로 제어부(502), 명령 해석부(503), 인터럽트 제어부(504), 레지스터 제어부(507)의 동작의 타이밍을 제어하는 신호를 생성한다. 예를 들어, 타이밍 제어부(505)는 기준 클록 신호 CLK1을 기초로 하여, 내부 클록 신호 CLK2를 생성하는 내부 클록 생성부를 구비한다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 내부 클록 신호 CLK2는 다른 회로에 입력된다.The arithmetic circuit control unit 502 generates a signal for controlling the operation of the arithmetic circuit 501. The interrupt control unit 504 is a circuit for processing interrupt requests from external input / output devices or peripheral circuits during program execution of the microprocessor 500, and the interrupt control unit 504 controls the priority or mask state of interrupt requests. Determine and handle the interrupt request. The register control unit 507 generates an address of the register 506 and reads or writes the register 506 according to the state of the microprocessor 500. The timing controller 505 generates a signal for controlling the timing of the operation of the operation circuit 501, the operation circuit control unit 502, the instruction analysis unit 503, the interrupt control unit 504, and the register control unit 507. For example, the timing controller 505 includes an internal clock generator that generates the internal clock signal CLK2 based on the reference clock signal CLK1. As shown in Fig. 7, the internal clock signal CLK2 is input to another circuit.

다음에, 비접촉으로 데이터의 송수신을 하는 기능, 및 연산기능을 구비한 반도체 장치의 일례를 설명한다. 도 8은 이러한 반도체 장치의 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 8에 도시하는 반도체 장치는 무선 통신에 의해 외부 장치와 신호의 송수신을 행하여 동작하는 컴퓨터(이하, "RFCPU"라고 한다)라고 부를 수 있다.Next, an example of a semiconductor device having a function of transmitting and receiving data in a non-contact manner and a calculation function will be described. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of such a semiconductor device. The semiconductor device shown in FIG. 8 can be referred to as a computer (hereinafter referred to as "RFCPU") which operates by transmitting and receiving signals to and from an external device by wireless communication.

도 8에 도시하는 바와 같이, RFCPU(511)는, 아날로그 회로부(512)와 디지털 회로부(513)를 가진다. 아날로그 회로부(512)로서, 공진용량을 가지는 공진 회로(514), 정류 회로(515), 정전압 회로(516), 리셋 회로(517), 발진 회로(518), 복조 회로(519), 변조 회로(520)를 가진다. 디지털 회로부(513)는, RF 인터페이스(521), 제어 레지스터(522), 클록 컨트롤러(523), CPU 인터페이스(524), 중앙 처 리 유닛(525), 랜덤 액세스 메모리(526), 판독 전용 메모리(527)를 가진다.As shown in FIG. 8, the RFCPU 511 includes an analog circuit portion 512 and a digital circuit portion 513. As the analog circuit unit 512, a resonant circuit 514, a rectifier circuit 515, a constant voltage circuit 516, a reset circuit 517, an oscillation circuit 518, a demodulation circuit 519, and a modulation circuit having a resonance capacitance ( 520). The digital circuit unit 513 includes an RF interface 521, a control register 522, a clock controller 523, a CPU interface 524, a central processing unit 525, a random access memory 526, and a read-only memory ( 527).

RFCPU(511)의 동작의 개요는 이하와 같다. 안테나(528)가 수신한 신호는 공진 회로(514)에 의해 유도 기전력이 발생한다. 유도 기전력은, 정류 회로(515)를 거쳐 용량부(529)에 충전된다. 이 용량부(529)는 세라믹 콘덴서나 전기 이중층 콘덴서 등의 커패시터로 형성되는 것이 바람직하다. 용량부(529)는 RFCPU(511)을 구성하는 기판에 집적될 필요는 없고, 별도 부품으로서 RFCPU(511)에 조합할 수도 있다.The outline of the operation of the RFCPU 511 is as follows. The signal received by the antenna 528 generates induced electromotive force by the resonant circuit 514. The induced electromotive force is charged in the capacitor portion 529 via the rectifier circuit 515. The capacitor portion 529 is preferably formed of a capacitor such as a ceramic capacitor or an electric double layer capacitor. The capacitor portion 529 does not need to be integrated on the substrate constituting the RFCPU 511, but may be combined with the RFCPU 511 as a separate component.

리셋 회로(517)는, 디지털 회로부(513)를 리셋하여 초기화하는 신호를 생성한다. 예를 들어, 전원 전압의 상승에 지연하여 상승하는 신호를 리셋 신호로서 생성한다. 발진 회로(518)는, 정전압 회로(516)에 의해 생성되는 제어 신호에 따라, 클록 신호의 주파수와 듀티비를 변경한다. 복조 회로(519)는, 수신 신호를 복조하는 회로이고, 변조 회로(520)는, 송신하는 데이터를 변조하는 회로이다.The reset circuit 517 generates a signal for resetting and initializing the digital circuit unit 513. For example, a signal rising in delay with the increase in the power supply voltage is generated as a reset signal. The oscillation circuit 518 changes the frequency and duty ratio of the clock signal in accordance with the control signal generated by the constant voltage circuit 516. The demodulation circuit 519 is a circuit for demodulating a received signal, and the modulation circuit 520 is a circuit for modulating data to be transmitted.

예를 들어, 복조 회로(519)는 로패스 필터(low-pass filter)로 형성되고, 진폭 변조(ASK) 방식의 수신 신호를, 그 진폭의 변동을 기초로 하여, 이치화(二値化)한다. 또한, 송신 데이터를 진폭 변조(ASK) 방식의 송신 신호의 진폭을 변동시켜 송신하기 때문에, 변조 회로(520)는, 공진 회로(514)의 공진점을 변화시킴으로써 통신 신호의 진폭을 변화시킨다.For example, the demodulation circuit 519 is formed of a low-pass filter, and binarizes a received signal of an amplitude modulation (ASK) system based on the variation of the amplitude thereof. . In addition, since the transmission data is transmitted by varying the amplitude of the transmission signal of the amplitude modulation (ASK) system, the modulation circuit 520 changes the amplitude of the communication signal by changing the resonance point of the resonance circuit 514.

클록 컨트롤러(523)는, 전원 전압 또는 중앙 처리 유닛(525)에 있어서의 소비 전류에 따라 클록 신호의 주파수와 듀티비를 변경하기 위한 제어 신호를 생성한다. 전원 전압의 감시는 전원 관리 회로(530)가 행한다.The clock controller 523 generates a control signal for changing the frequency and duty ratio of the clock signal in accordance with the power supply voltage or the current consumption in the central processing unit 525. The power supply management circuit 530 monitors the power supply voltage.

안테나(528)로부터 RF CPU(511)에 입력된 신호는 복조 회로(519)에서 복조된 후, RF 인터페이스(521)에서 제어 커맨드나 데이터 등으로 분해된다. 제어 커맨드는 제어 레지스터(522)에 격납된다. 제어 커맨드에는 판독 전용 메모리(527)에 기억되어 있는 데이터의 판독, 랜덤 액세스 메모리(526)로의 데이터의 기록, 중앙 처리 유닛(525)에의 연산 명령 등이 포함된다.The signal input to the RF CPU 511 from the antenna 528 is demodulated by the demodulation circuit 519 and then decomposed into control commands, data, or the like at the RF interface 521. The control command is stored in the control register 522. The control command includes reading data stored in the read-only memory 527, writing data to the random access memory 526, arithmetic instructions to the central processing unit 525, and the like.

중앙 처리 유닛(525)은, CPU 인터페이스(524)를 통하여 판독 전용 메모리(527), 랜덤 액세스 메모리(526), 제어 레지스터(522)에 액세스한다. CPU 인터페이스(524)는, 중앙 처리 유닛(525)이 요구하는 어드레스로부터, 판독 전용 메모리(527), 랜덤 액세스 메모리(526), 제어 레지스터(522)의 어느 하나에 대한 액세스 신호를 생성하는 기능을 가진다.The central processing unit 525 accesses the read-only memory 527, the random access memory 526, and the control register 522 through the CPU interface 524. The CPU interface 524 has a function of generating an access signal for any one of the read-only memory 527, the random access memory 526, and the control register 522 from the address requested by the central processing unit 525. Have

중앙 처리 유닛(525)의 연산 방식은, 판독 전용 메모리(527)에 OS(오퍼레이팅 시스템)을 기억시켜 두고, 기동과 함께 프로그램을 판독하여 실행하는 방식을 채용할 수 있다. 또한, 전용 회로에서 연산 회로를 구성하고, 연산 처리를 하드웨어적으로 처리하는 방식을 채용할 수도 있다. 하드웨어와 소프트웨어를 병용하는 방식에서는, 전용의 연산회로에서 일부의 연산 처리를 하고, 프로그램을 사용하여, 나머지의 연산을 중앙 처리 유닛(525)이 실행하는 방식을 적용할 수 있다.As the calculation method of the central processing unit 525, an OS (operating system) is stored in the read-only memory 527, and a system that reads and executes a program along with startup can be adopted. It is also possible to employ a scheme of configuring arithmetic circuits in dedicated circuits and processing arithmetic processing in hardware. In the method of using hardware and software together, a method of performing some arithmetic processing in a dedicated arithmetic circuit, using a program, and executing the remaining arithmetic operations by the central processing unit 525 can be applied.

다음, 도 10a 내지 도 11b를 사용하여 반도체 장치로서 표시 장치에 대해서 설명한다.Next, a display device as a semiconductor device will be described with reference to FIGS. 10A to 11B.

도 10a 및 도 10b는 액정 표시 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 10a는 액정 표시 장치의 화소의 평면도이고, 도 10b는 J-K 절단선에 의한 도 10a의 단면 도이다.10A and 10B are diagrams for describing a liquid crystal display device. 10A is a plan view of a pixel of the liquid crystal display, and FIG. 10B is a cross-sectional view of FIG. 10A taken along the line J-K.

도 10a에 도시하는 바와 같이, 화소는 단결정 반도체 막(320), 단결정 반도체 막(320)과 교차하는 주사선(322), 주사선(322)과 교차하는 신호선(323), 화소 전극(324), 화소 전극(324)과 단결정 반도체 막(320)을 전기적으로 접속하는 전극(328)을 가진다. 단결정 반도체 막(320)은 SOI 기판에 접합된 단결정 반도체 막(302)으로부터 형성된 층이며, 화소의 TFT(325)를 구성한다.As shown in FIG. 10A, the pixel includes a single crystal semiconductor film 320, a scan line 322 crossing the single crystal semiconductor film 320, a signal line 323 crossing the scan line 322, a pixel electrode 324, and a pixel. An electrode 328 is electrically connected between the electrode 324 and the single crystal semiconductor film 320. The single crystal semiconductor film 320 is a layer formed from the single crystal semiconductor film 302 bonded to the SOI substrate, and constitutes the TFT 325 of the pixel.

SOI 기판에는 상기 실시형태에서 나타낸 SOI 기판이 사용된다. 도 10b에 도시하는 바와 같이, 제 1 기판(101) 위에 절연막(102) 및 단결정 반도체 막(320)이 적층된다. 제 1 기판(101)은 유리이다. TFT(325)의 단결정 반도체 막(320)은 SOI 기판의 반도체 막을 에칭에 의하여 소자 분리하여 형성된 막이다. 단결정 반도체 막(320)에는 채널 형성 영역(340), 도너가 첨가된 n형의 고농도 불순물 영역(341)이 형성된다. TFT(325)의 게이트 전극은 주사선(322)에 포함되고, 소스 전극 및 드레인 전극의 한쪽은 신호선(323)에 포함된다.As the SOI substrate, the SOI substrate shown in the above embodiment is used. As shown in FIG. 10B, an insulating film 102 and a single crystal semiconductor film 320 are stacked on the first substrate 101. The first substrate 101 is glass. The single crystal semiconductor film 320 of the TFT 325 is a film formed by element-separating a semiconductor film of an SOI substrate by etching. The channel formation region 340 and the n-type high concentration impurity region 341 to which the donor is added are formed in the single crystal semiconductor film 320. The gate electrode of the TFT 325 is included in the scan line 322, and one of the source electrode and the drain electrode is included in the signal line 323.

층간 절연막(327) 위에는 신호선(323), 화소 전극(324) 및, 전극(328)이 형성된다. 층간 절연막(327) 위에는 주상(柱狀) 스페이서(329)가 형성된다. 신호선(323), 화소 전극(324), 전극(328) 및 주상 스페이서(329)를 덮어 배향막(330)이 형성된다. 대향 기판(332)에는 대향 전극(333), 대향 전극(333)을 덮는 배향막(334)이 형성된다. 주상 스페이서(329)는, 제 1 기판(101)과 대향 기판(332)의 빈틈을 유지하기 위해서 형성된다. 주상 스페이서(329)에 의해서 형성되는 공극(空隙)에 액정층(335)이 형성된다. 신호선(323) 및 전극(328)과 고농도 불순물 영 역(341)의 접속부는, 콘택트 홀의 형성에 의해서 층간 절연막(327)에 단차가 생기기 때문에, 이 접속부에서는 액정층(335)의 액정의 배향이 흐트러지기 쉽다. 그 때문에, 이 단차부에 주상 스페이서(329)를 형성하여 액정의 배향의 흐트러짐을 방지한다.The signal line 323, the pixel electrode 324, and the electrode 328 are formed on the interlayer insulating layer 327. A columnar spacer 329 is formed on the interlayer insulating film 327. An alignment layer 330 is formed by covering the signal line 323, the pixel electrode 324, the electrode 328, and the columnar spacer 329. On the opposing substrate 332, an opposing electrode 333 and an alignment layer 334 covering the opposing electrode 333 are formed. The columnar spacer 329 is formed in order to maintain the gap between the first substrate 101 and the opposing substrate 332. The liquid crystal layer 335 is formed in the gap formed by the columnar spacer 329. Since the connection portion between the signal line 323 and the electrode 328 and the high concentration impurity region 341 generates a step in the interlayer insulating film 327 due to the formation of a contact hole, the alignment of the liquid crystal of the liquid crystal layer 335 is changed at this connection portion. Easy to distract Therefore, the columnar spacer 329 is formed in this step part, and the disturbance of the orientation of a liquid crystal is prevented.

다음, 일렉트로루미네선스 표시장치(이하, EL 표시장치라고 한다)에 대해서, 도 11a 및 도 11b를 참조하여 설명한다. 도 11a는 EL 표시장치의 화소의 평면도이고, 도 11b는, J-K 절단선에 의한 도 11a의 단면도이다.Next, an electroluminescence display device (hereinafter referred to as EL display device) will be described with reference to FIGS. 11A and 11B. Fig. 11A is a plan view of a pixel of the EL display device, and Fig. 11B is a cross-sectional view of Fig. 11A taken along the line J-K.

도 11a에 도시하는 바와 같이, 화소는 TFT로 이루어지는 선택용 트랜지스터(401), 표시 제어용 트랜지스터(402), 주사선(405), 신호선(406), 및 전류 공급선(407), 화소 전극(408)을 포함한다. 일렉트로루미네선스 재료를 포함하여 형성되는 층(EL 층)이 한 쌍의 전극간에 끼운 구조의 발광 소자가 각 화소에 형성된다. 발광 소자의 한쪽의 전극이 화소 전극(408)이다. 또한, 반도체 막(403)은, 선택용 트랜지스터(401)의 채널 형성 영역, 소스 영역, 및 드레인 영역이 형성된다. 반도체 막(404)은, 표시 제어용 트랜지스터(402)의 채널 형성 영역, 소스 영역 및 드레인 영역이 형성된다. 반도체 막(403, 404)은, SOI 기판에 접합된 단결정 반도체 막(302)으로 형성된 막이다.As shown in FIG. 11A, a pixel includes a selection transistor 401, a display control transistor 402, a scan line 405, a signal line 406, a current supply line 407, and a pixel electrode 408 made of TFTs. Include. A light emitting element having a structure in which a layer (EL layer) formed of an electroluminescent material is sandwiched between a pair of electrodes is formed in each pixel. One electrode of the light emitting element is the pixel electrode 408. In the semiconductor film 403, a channel formation region, a source region, and a drain region of the selection transistor 401 are formed. In the semiconductor film 404, a channel formation region, a source region and a drain region of the display control transistor 402 are formed. The semiconductor films 403 and 404 are films formed of a single crystal semiconductor film 302 bonded to an SOI substrate.

선택용 트랜지스터(401)에 있어서, 게이트 전극은 주사선(405)에 포함되고, 소스 전극 또는 드레인 전극의 한쪽은 신호선(406)에 포함되고, 다른 쪽은 전극(411)으로서 형성된다. 표시 제어용 트랜지스터(402)는, 게이트 전극(412)이 전극(411)과 전기적으로 접속되고, 소스 전극 또는 드레인 전극의 한쪽은 화소 전 극(408)에 전기적으로 접속되는 전극(413)으로서 형성되고, 다른 쪽은 전류 공급선(407)에 포함된다.In the selection transistor 401, the gate electrode is included in the scan line 405, one of the source electrode and the drain electrode is included in the signal line 406, and the other is formed as the electrode 411. The display control transistor 402 is formed as an electrode 413 whose gate electrode 412 is electrically connected to the electrode 411, and one of the source electrode and the drain electrode is electrically connected to the pixel electrode 408. The other is included in the current supply line 407.

표시 제어용 트랜지스터(402)는 p채널형 TFT이다. 도 11b에 도시하는 바와 같이, 반도체 막(404)에는 채널 형성 영역(451) 및 p형 고농도 불순물 영역(452)이 형성된다. 또한, SOI 기판은 실시형태 1의 방법으로 제작한 SOI 기판(132)이 사용된다.The display control transistor 402 is a p-channel TFT. As shown in FIG. 11B, a channel formation region 451 and a p-type high concentration impurity region 452 are formed in the semiconductor film 404. As the SOI substrate, the SOI substrate 132 produced by the method of Embodiment 1 is used.

표시 제어용 트랜지스터(402)의 게이트 전극(412)을 덮고, 층간 절연막(427)이 형성된다. 층간 절연막(427) 위에 신호선(406), 전류 공급선(407), 전극(411, 413) 등이 형성된다. 또한, 층간 절연막(427) 위에는 전극(413)에 전기적으로 접속되어 있는 화소 전극(408)이 형성된다. 화소 전극(408)은 주변부가 절연성의 격벽층(428)으로 둘러싸여 있다. 화소 전극(408) 위에는 EL 층(429)이 형성되고, EL 층(429) 위에는 대향 전극(430)이 형성된다. 보강판으로서 대향 기판(431)이 형성되어 있고, 대향 기판(431)은 수지층(432)에 의해 제 1 기판(101)에 고정된다.An interlayer insulating film 427 is formed to cover the gate electrode 412 of the display control transistor 402. The signal line 406, the current supply line 407, the electrodes 411, 413, and the like are formed on the interlayer insulating film 427. The pixel electrode 408 electrically connected to the electrode 413 is formed on the interlayer insulating film 427. The peripheral portion of the pixel electrode 408 is surrounded by the insulating barrier rib layer 428. An EL layer 429 is formed over the pixel electrode 408, and an opposite electrode 430 is formed over the EL layer 429. An opposing substrate 431 is formed as a reinforcing plate, and the opposing substrate 431 is fixed to the first substrate 101 by the resin layer 432.

EL 표시장치의 계조의 제어는, 발광 소자의 휘도를 전류로 제어하는 전류 구동 방식과, 전압으로 그 휘도를 제어하는 전압 구동 방식이 있지만, 전류 구동 방식은, 화소마다에 트랜지스터의 특성 값의 차이가 큰 경우, 채용하는 것은 어렵고, 그것을 위해서는 특성의 편차를 보정하는 보정 회로가 필요하게 된다. SOI 기판의 제작 공정, 및 게터링 공정을 포함하는 제조 방법으로 EL 표시장치를 제작함으로써, 선택용 트랜지스터(401) 및 표시 제어용 트랜지스터(402)는 화소마다 특성의 편차가 없어지기 때문에, 전류 구동 방식을 채용할 수 있다.The gray scale control of the EL display device includes a current driving method for controlling the brightness of a light emitting element with a current and a voltage driving method for controlling the brightness with a voltage. When is large, it is difficult to employ, and for that purpose, a correction circuit for correcting the variation in characteristics is required. By fabricating the EL display device by a manufacturing method including a fabrication process of a SOI substrate and a gettering process, the selection transistor 401 and the display control transistor 402 do not have variations in characteristics for each pixel. Can be adopted.

즉, SOI 기판을 사용함으로써, 다양한 전기 기기를 제작할 수 있다. 전기 기기로서는, 비디오카메라, 디지털 카메라 등의 카메라, 네비게이션 시스템, 음향 재생장치(카 오디오, 오디오 콤포넌트 등), 컴퓨터, 게임 기기, 휴대 정보 단말(모바일 컴퓨터, 휴대 전화, 휴대형 게임기 또는 전자 서적 등), 기록 매체를 구비한 화상 재생 장치(구체적으로는 DVD(digital versatile disc) 등의 기록매체를 재생하고 또 기억된 화상 데이터를 표시할 수 있는 표시장치를 구비한 장치) 등이 포함된다.That is, by using an SOI substrate, various electric devices can be manufactured. As an electric apparatus, cameras, such as a video camera and a digital camera, a navigation system, a sound reproducing apparatus (car audio, an audio component, etc.), a computer, a game device, a portable information terminal (mobile computer, a mobile phone, a portable game machine, or an electronic book, etc.) And an image reproducing apparatus provided with a recording medium (specifically, a device provided with a display device capable of reproducing a recording medium such as a digital versatile disc (DVD) and displaying stored image data).

도 12a 내지 도 12c를 사용하여, 전기 기기의 구체적인 형태를 설명한다. 도 12a는 휴대 전화기(901)의 일례를 도시하는 외관도이다. 이 휴대 전화기(901)는, 표시부(902), 조작 스위치(903) 등을 포함하여 구성된다. 표시부(902)에, 도 10a 및 도 10b에서 설명한 액정 표시 장치 또는 도 11a 및 도 11b에서 설명한 EL 표시장치를 적용함으로써, 표시 불균일이 적고 화질이 뛰어난 표시부(902)로 할 수 있다.12A-12C, the specific form of an electric device is demonstrated. 12A is an external view illustrating an example of the mobile telephone 901. This mobile phone 901 includes a display unit 902, an operation switch 903, and the like. By applying the liquid crystal display device described in FIGS. 10A and 10B or the EL display device described in FIGS. 11A and 11B to the display portion 902, the display portion 902 with less display unevenness and excellent image quality can be obtained.

또한, 도 12b는 디지털 플레이어(911)의 구성예를 도시하는 외관도이다. 디지털 플레이어(911)는, 표시부(912), 조작부(913), 이어폰(914) 등을 포함한다. 이어폰(914)의 대신에 헤드폰이나 무선식 이어폰을 사용할 수 있다. 표시부(912)에, 도 10a 및 도 10b에서 설명한 액정 표시 장치 또는 도 11a 및 도 11b에서 설명한 EL 표시장치를 적용함으로써, 화면 사이즈가 0.3인치부터 2인치 정도인 경우라도, 고정세(高精細)의 화상 및 다량의 문자정보를 표시할 수 있다.12B is an external view showing a configuration example of the digital player 911. The digital player 911 includes a display unit 912, an operation unit 913, an earphone 914, and the like. In place of the earphone 914, headphones or wireless earphones may be used. By applying the liquid crystal display device described in FIGS. 10A and 10B or the EL display device described in FIGS. 11A and 11B to the display portion 912, even when the screen size is about 0.3 inches to about 2 inches, high definition Images and a large amount of text information can be displayed.

또한, 도 12c는 전자 서적(921)의 외관도이다. 이 전자 서적(921)은, 표시 부(922), 조작 스위치(923)를 포함한다. 전자 서적(921)에, 모뎀이 내장되어도 좋고, 도 8의 RFCPU를 내장시킴으로써, 무선으로 정보를 송수신할 수 있는 구성으로 하여도 좋다. 표시부(922)에는 도 10a 및 도 10b에서 설명한 액정 표시 장치, 또는 도 11a 및 도 11b에서 설명한 EL 표시장치를 적용함으로써, 고화질의 표시를 행할 수 있다.12C is an external view of the electronic book 921. This electronic book 921 includes a display unit 922 and an operation switch 923. The electronic book 921 may have a built-in modem, or a built-in RFCPU of FIG. 8 may be configured to transmit and receive information wirelessly. By applying the liquid crystal display device described with reference to FIGS. 10A and 10B or the EL display device described with reference to FIGS. 11A and 11B to the display portion 922, high quality display can be performed.

또한, 본 실시형태에서 나타낸 SOI 기판의 제작 방법은, 본 명세서의 다른 실시형태에서 나타내는 제작 방법과 적절히 조합하여 행할 수 있다.In addition, the manufacturing method of the SOI board | substrate shown by this embodiment can be performed in appropriate combination with the manufacturing method shown by other embodiment of this specification.

[실시예 1]Example 1

본 실시예에서는, SOI 기판의 제작에 있어서, 박리 후의 SOI 기판의 단결정 반도체 막 위에 비정질 반도체 막을 형성한 후에 열 처리를 행한 경우의 열 처리 후의 결정성에 관하여 설명한다.In the present embodiment, in the preparation of the SOI substrate, the crystallinity after the heat treatment in the case where the heat treatment is performed after the amorphous semiconductor film is formed on the single crystal semiconductor film of the SOI substrate after peeling will be described.

우선, 박리용 기판이 되는 단결정 반도체 기판(여기서는 실리콘 웨이퍼)을 준비하고, 상기 단결정 반도체 기판 위에 플라즈마 CVD법을 사용하여 산화질화실리콘 막을 100nm 형성하고, 계속해서 질화산화실리콘 막을 50nm 형성하였다. 다음, 단결정 반도체 기판에 이온 도핑법을 사용하여 수소 이온을 도입하고, 박리층을 형성하였다. 수소 도핑의 조건은, 수소 가스를 사용하여 가속 전압 25kV, RF전력 100W, 도즈량 2.2×1016ion/cm2로 행하였다. 다음, 질화산화실리콘 막 위에 접합층으로서 기능하는 절연막을 형성하였다. 여기서는, 접합층으로서 기능하는 절연막으로서 CVD법에 의하여 유기 실란(TEOS: 화학식 Si(OC2H5)4)을 원료 가스에 사용하 여 산화실리콘 막을 50nm 형성하였다. 다음, 유리 기판을 준비하고, 단결정 반도체 기판 위에 형성된 접합층으로서 기능하는 절연막의 표면과 유리 기판의 표면을 접합시킨다(도 13a 참조). 다음, 열 처리(200℃에서 2시간의 열 처리 후, 600℃에서 4시간의 열 처리)를 행하고, 박리층에서 벽개시킴으로써, 유리 기판 위에 단결정 실리콘 막을 형성하였다(도 13b 참조). 또한, 단결정 실리콘 막은 산화질화실리콘 막, 질화산화실리콘 막 및 산화실리콘 막을 통하여 유리 기판 위에 형성되었다(도 13c 참조).First, a single crystal semiconductor substrate (herein, a silicon wafer) to be a substrate for peeling was prepared, and a silicon oxynitride film was formed at 100 nm by plasma CVD on the single crystal semiconductor substrate, and then a silicon nitride oxide film was formed at 50 nm. Next, hydrogen ions were introduced into the single crystal semiconductor substrate by using an ion doping method to form a release layer. The hydrogen doping conditions were performed at 25 kV of acceleration voltage, 100 W of RF power, and dose of 2.2 × 10 16 ions / cm 2 using hydrogen gas. Next, an insulating film functioning as a bonding layer was formed on the silicon nitride oxide film. Here, 50 nm of a silicon oxide film was formed by using organic silane (TEOS: Si (OC 2 H 5 ) 4 ) as a raw material gas as an insulating film functioning as a bonding layer by using a CVD method. Next, a glass substrate is prepared, and the surface of the insulating film which functions as a bonding layer formed on the single crystal semiconductor substrate and the surface of the glass substrate are bonded (see FIG. 13A). Next, a heat treatment (heat treatment at 200 ° C. for 2 hours and then heat treatment at 600 ° C. for 4 hours) was performed and cleaved at the release layer to form a single crystal silicon film on the glass substrate (see FIG. 13B). In addition, a single crystal silicon film was formed on the glass substrate through the silicon oxynitride film, the silicon nitride oxide film, and the silicon oxide film (see FIG. 13C).

다음, 유리 기판 위에 형성된 단결정 실리콘 막 위에 CVD법을 사용하여, 아모퍼스 실리콘(a-Si) 막을 40nm 형성하였다(도 13d 참조). 그 후, RTA(Rapid Thermal Anneal) 장치를 사용하여 750℃에서 3분 열처리를 행하고 a-Si 막의 결정화를 행하였다(도 13e 참조).Next, an amorphous silicon (a-Si) film was formed by 40 nm on the single crystal silicon film formed on the glass substrate (refer FIG. 13D). Thereafter, heat treatment was performed at 750 ° C. for 3 minutes using a Rapid Thermal Anneal (RTA) apparatus to crystallize the a-Si film (see FIG. 13E).

도 14에 성막한 반도체 막의 열 처리 전후에 있어서의 결정성에 대해서 라만 분광 측정을 행한 결과를 도시한다.The result of having performed Raman spectroscopy measurement about the crystallinity before and behind the heat processing of the semiconductor film formed into FIG. 14 is shown.

도 14에 도시하는 바와 같이, 열 처리 전은, 520.6cm-1의 작은 단결정 피크와 440cm-1 내지 500cm-1의 아모퍼스를 나타내는 완만한 피크가 관찰되었다. 한편, 열 처리 후는 실리콘의 단결정을 나타내는 라만 피크(520.6cm-1)만이 관찰되었다. 그 결과, 단결정 실리콘 막 위에 형성된 아모퍼스 실리콘이 열 처리에 의하여 응력이 가해지지 않는 단결정 실리콘 막에 결정화된 것을 알 수 있었다.14, the heat-treated has a gentle peak representing the amorphous peaks of 520.6cm -1 small single crystals with a 440cm -1 to 500cm -1 was observed. On the other hand, after the heat treatment, only a Raman peak (520.6 cm −1 ) indicating a single crystal of silicon was observed. As a result, it was found that amorphous silicon formed on the single crystal silicon film was crystallized to the single crystal silicon film to which stress was not applied by heat treatment.

다음에, 성막한 반도체 막의 열 처리 전후의 결정의 면 방위에 관하여 도 15a 내지 도 15c를 참조하여 설명한다. 도 15a 및 도 15b는 실리콘 막 표면의 전자후방산란회절상(EBSP; Electron Back Scatter Diffraction Pattern)의 측정 데이터로부터 얻어진 역극점도(逆極點圖)(IPF; Inverse Pole Figure) 맵이다. 도 15a는 아모퍼스 실리콘의 성막 후에 열 처리를 행하지 않는 실리콘 막의 IPF 맵이며, 도 15b는 아모퍼스 실리콘의 성막 후에 열 처리를 행한 실리콘 막의 IPF 맵이다. 도 15c는 결정의 각 방위를 컬러 코드화하고, IPF 맵의 배색(配色)과 결정 방위의 관계를 도시하는 컬러 코드 맵이다. 또한, 측정 범위는 40㎛×40㎛로 행하였다.Next, the plane orientation of the crystals before and after the heat treatment of the formed semiconductor film will be described with reference to FIGS. 15A to 15C. 15A and 15B are Inverse Pole Figure (IPF) maps obtained from measurement data of an Electron Back Scatter Diffraction Pattern (EBSP) on a silicon film surface. 15A is an IPF map of a silicon film not subjected to heat treatment after amorphous silicon film formation, and FIG. 15B is an IPF map of a silicon film subjected to heat treatment after amorphous silicon film formation. Fig. 15C is a color code map which color codes each orientation of the crystal and shows the relationship between the color scheme of the IPF map and the crystal orientation. In addition, the measurement range was 40 micrometers x 40 micrometers.

도 15a 및 도 15b의 IPF 맵을 보면, a-Si 막의 형성 후에서는 면방위가 랜덤이었지만, 열 처리 후는 결정립계가 없고, 결정축이 <100>방위로 일치한 단결정 실리콘 막이 얻어진 것을 확인할 수 있었다.In the IPF maps of FIGS. 15A and 15B, it was confirmed that the surface orientation was random after the formation of the a-Si film, but after the heat treatment, there was no grain boundary and a single crystal silicon film having a crystal axis of <100> orientation was obtained.

이상의 결과에 따라, 평탄화 처리를 행하지 않고, 단결정 실리콘 막 위에 a-Si를 형성하고, 열 처리를 행한 경우라도, 상기 단결정 실리콘 막을 시드층으로서 a-Si 막이 에피택시얼 성장(고상 성장)에 의하여 결정화하는 것을 확인할 수 있었다.According to the above results, even when a-Si is formed on the single crystal silicon film without performing the planarization treatment and heat treatment is performed, the a-Si film is grown by epitaxial growth (solid growth) using the single crystal silicon film as a seed layer. Crystallization was confirmed.

[실시예 2]Example 2

본 실시예에서는, SOI 기판의 제작에 있어서, 박리 후의 SOI 기판의 단결정 반도체 막 위에 비정질 반도체 막을 형성한 후에 열 처리를 행한 경우의 표면의 평탄화에 대해서 설명한다.In the present embodiment, in the preparation of the SOI substrate, the planarization of the surface when heat treatment is performed after the amorphous semiconductor film is formed on the single crystal semiconductor film of the SOI substrate after peeling will be described.

본 실시예에서는, 상기 실시예 1과 마찬가지로 박리한 후에 a-Si 성막하고 열 처리를 행한 후(도 13e 참조)의 표면을 주사형(走査型) 전자 현미경(SEM; Scanning Electron Microscope)을 사용하여 관찰하였다. 또한, 비교로서, 박리한 후(도 13c 참조)의 단결정 실리콘 막의 표면에 대해서 SEM를 사용하여 관찰을 행하였다.In the present Example, after peeling similarly to the said Example 1, after a-Si film-forming and heat processing (refer FIG. 13E), the surface of a surface was made using a scanning electron microscope (SEM). Observed. In addition, as a comparison, the surface of the single crystal silicon film after peeling (refer FIG. 13C) was observed using SEM.

도 16a에 박리한 후에 a-Si 성막하고 열 처리를 행한 후의 SOI 기판의 표면의 SEM 상을 나타내고, 도 16b에 비교예로서 박리한 후의 SOI 기판의 표면의 SEM 상을 나타낸다.The SEM image of the surface of the SOI substrate after a-Si film-forming and heat processing after peeling to FIG. 16A is shown, and the SEM image of the surface of the SOI substrate after peeling as a comparative example is shown to FIG. 16B.

도 16a 및 도 16b에 도시하는 바와 같이, 박리한 후의 SOI 기판의 표면은, 표면의 요철이 관찰되었다. 한편, a-Si 성막 후에 열 처리를 행한 SOI 기판의 표면은, 박리한 후의 SOI 기판의 표면과 비교하여 요철이 완화됨으로써 표면이 평탄으로 되는 것이 관찰되었다. 이것은 성막된 a-Si가 단결정 실리콘 막의 표면의 요철을 완화하도록 형성되기 때문이라고 생각할 수 있다.As shown to FIG. 16A and 16B, the surface unevenness | corrugation of the surface of the SOI substrate after peeling was observed. On the other hand, it was observed that the surface of the SOI substrate subjected to the heat treatment after the a-Si film formation was flattened by the unevenness being alleviated compared with the surface of the SOI substrate after peeling. This is considered to be because a-Si formed is formed so as to alleviate the unevenness of the surface of the single crystal silicon film.

도 1a-1 내지 도 1e는 본 발명의 SOI 기판의 제작 방법의 일례를 도시하는 도면.1A-1E are diagrams showing an example of a method for producing an SOI substrate of the present invention.

도 2a-1 내지 도 2e-2는 본 발명의 SOI 기판의 제작 방법의 일례를 도시하는 도면.2A-1 to 2E-2 are diagrams showing an example of the method for producing the SOI substrate of the present invention.

도 3a-1 내지 도 3e-2는 본 발명의 SOI 기판의 제작 방법의 일례를 도시하는 도면.3A-1 to 3E-2 are diagrams showing an example of the method for producing the SOI substrate of the present invention.

도 4a-1 내지 도 4e-2는 본 발명의 SOI 기판의 제작 방법의 일례를 도시하는 도면.4A-1 to 4E-2 show examples of the method for producing the SOI substrate of the present invention.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 SOI 기판을 사용한 반도체 장치의 제작 방법의 일례를 도시하는 도면.5A to 5D are views showing an example of a method of manufacturing a semiconductor device using the SOI substrate of the present invention.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 SOI 기판을 사용한 반도체 장치의 제작 방법의 일례를 도시하는 도면.6A to 6C are diagrams showing an example of a method of manufacturing a semiconductor device using the SOI substrate of the present invention.

도 7은 본 발명의 SOI 기판을 사용한 반도체 장치의 일례를 도시하는 도면.7 is a diagram showing an example of a semiconductor device using the SOI substrate of the present invention.

도 8은 본 발명의 SOI 기판을 사용한 반도체 장치의 일례를 도시하는 도면.8 is a diagram showing an example of a semiconductor device using the SOI substrate of the present invention.

도 9a 내지 도 9f는 박리용 기판이 되는 SOI 기판의 제작 방법의 일례를 도시하는 도면.9A to 9F are views showing an example of a method for producing an SOI substrate to be a peeling substrate.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 SOI 기판을 사용한 표시 장치의 일례를 도시하는 도면.10A and 10B show an example of a display device using the SOI substrate of the present invention.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 SOI 기판을 사용한 표시 장치의 일례를 도시 하는 도면.11A and 11B show an example of a display device using the SOI substrate of the present invention.

도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 SOI 기판을 사용한 전자 기기를 도시하는 도면.12A to 12C show electronic devices using the SOI substrate of the present invention.

도 13a 내지 도 13e는 본 발명의 SOI 기판의 제작 방법을 도시하는 도면.13A to 13E illustrate a method of manufacturing the SOI substrate of the present invention.

도 14는 열 처리 전후에 있어서의 반도체 막의 라만 분광 측정의 결과를 도시하는 도면.14 shows the results of Raman spectroscopic measurements of semiconductor films before and after heat treatment.

도 15a 내지 도 15c는 열 처리 전후에 있어서의 반도체 막의 EBSP의 결과를 도시하는 도면.15A to 15C are diagrams showing the results of EBSP of semiconductor films before and after heat treatment.

도 16a 및 도 16b는 고상(固相) 성장시킨 반도체 막의 표면의 SEM상을 도시하는 도면.16A and 16B show SEM images of a surface of a semiconductor film grown in solid phase.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100: SOI 기판 100' : 제 1 SOI 기판100: SOI substrate 100 ': first SOI substrate

101: 기판 102: 절연막101: substrate 102: insulating film

103: 단결정 반도체 막 104: 반도체 막103: single crystal semiconductor film 104: semiconductor film

105: 박리층 106: 절연막105: release layer 106: insulating film

107: 이온 빔 110: SOI 기판107: ion beam 110: SOI substrate

111: 기판 113: 단결정 반도체 막111 substrate 113 single crystal semiconductor film

154: 제 2 단결정 반도체 막154: second single crystal semiconductor film

Claims (17)

절연체로 이루어지는 제 1 기판 위에 제 1 절연막을 통하여 제 1 단결정 반도체 막이 형성된 제 1 SOI 기판을 준비하는 단계와;Preparing a first SOI substrate having a first single crystal semiconductor film formed thereon through a first insulating film on a first substrate made of an insulator; 상기 제 1 기판과 동일한 재료로 형성되는 제 2 기판을 준비하는 단계와;Preparing a second substrate formed of the same material as the first substrate; 상기 제 1 단결정 반도체 막 위에 제 2 단결정 반도체 막을 형성하는 단계와;Forming a second single crystal semiconductor film on the first single crystal semiconductor film; 상기 제 2 단결정 반도체 막에 이온들을 첨가함으로써 박리층을 형성하는 단계와;Forming a release layer by adding ions to the second single crystal semiconductor film; 상기 제 2 단결정 반도체 막 위에 제 2 절연막을 형성하는 단계와;Forming a second insulating film on the second single crystal semiconductor film; 상기 제 2 기판의 표면에 상기 제 2 절연막의 표면을 접합하는 단계와;Bonding the surface of the second insulating film to the surface of the second substrate; 상기 제 2 기판 위에 상기 제 2 절연막을 통하여 상기 제 2 단결정 반도체 막의 일부가 형성된 제 2 SOI 기판이 형성되도록 상기 박리층에서 벽개를 일으키기 위해서 상기 박리층에 열 처리를 행하는 단계를 포함하는, SOI 기판의 제작 방법.Performing heat treatment on the exfoliation layer to cause cleavage in the exfoliation layer such that a second SOI substrate, on which a portion of the second single crystal semiconductor film is formed, is formed over the second substrate via the second insulating film. How to make. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 유리 기판은 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판으로서 사용되는, SOI 기판의 제작 방법.A glass substrate is used as the first substrate and the second substrate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 단결정 반도체 막은 상기 제 1 단결정 반도체 막 위에 반도체 막을 형성한 후에 열 처리를 행하여 상기 반도체 막의 고상 성장에 의하여 결정화되는, SOI 기판의 제작 방법.And the second single crystal semiconductor film is crystallized by solid phase growth of the semiconductor film after heat treatment after forming the semiconductor film on the first single crystal semiconductor film. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 비정질 반도체 막은 상기 반도체 막으로서 사용되는, SOI 기판의 제작 방법.An amorphous semiconductor film is used as the semiconductor film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 단결정 반도체 막은 CVD법에 의하여 상기 제 1 단결정 반도체 막 위에 형성된 반도체 막의 기상 성장에 의하여 형성되는, SOI 기판의 제작 방법.And the second single crystal semiconductor film is formed by vapor phase growth of a semiconductor film formed on the first single crystal semiconductor film by CVD. 표면 위에 형성된 제 1 절연막과, 소정의 깊이에 형성된 제 1 박리층과, 절연체로 이루어지는 제 1 기판을 가지는 반도체 기판을 준비하는 단계와;Preparing a semiconductor substrate having a first insulating film formed on the surface, a first release layer formed at a predetermined depth, and a first substrate made of an insulator; 상기 제 1 기판과 동일한 재료로 형성되는 제 2 기판을 준비하는 단계와;Preparing a second substrate formed of the same material as the first substrate; 상기 제 1 기판의 표면에 상기 제 1 절연막의 표면을 접합하는 단계와;Bonding the surface of the first insulating film to the surface of the first substrate; 상기 제 1 기판 위에 상기 제 1 절연막을 통하여 제 1 단결정 반도체 막이 형성되는 제 1 SOI 기판이 형성되도록, 상기 제 1 박리층에서 벽개를 일으키기 위해서 상기 제 1 박리층에 열 처리를 행하는 단계와;Heat treating the first exfoliation layer to cause cleavage in the first exfoliation layer such that a first SOI substrate on which the first single crystal semiconductor film is formed is formed on the first substrate through the first insulating film; 상기 제 1 단결정 반도체 막 위에 제 2 단결정 반도체 막을 형성하는 단계와;Forming a second single crystal semiconductor film on the first single crystal semiconductor film; 상기 제 2 단결정 반도체 막에 이온들을 첨가함으로써 제 2 박리층을 형성하는 단계와;Forming a second release layer by adding ions to the second single crystal semiconductor film; 상기 제 2 단결정 반도체 막 위에 제 2 절연막을 형성하는 단계와;Forming a second insulating film on the second single crystal semiconductor film; 상기 제 2 기판의 표면에 상기 제 2 절연막의 표면을 접합하는 단계와;Bonding the surface of the second insulating film to the surface of the second substrate; 상기 제 2 기판 위에 상기 제 2 절연막을 통하여 상기 제 2 단결정 반도체 막의 일부가 형성된 제 2 SOI 기판이 형성되도록 상기 박리층에서 벽개를 일으키기 위해서 상기 제 2 박리층에 열 처리를 행하는 단계를 포함하는, SOI 기판의 제작 방법.Performing heat treatment on the second exfoliation layer to cause cleavage in the exfoliation layer such that a second SOI substrate, on which a portion of the second single crystal semiconductor film is formed, is formed over the second substrate via the second insulating film; Method of making an SOI substrate. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 유리 기판은 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판으로서 사용되는, SOI 기판의 제작 방법.A glass substrate is used as the first substrate and the second substrate. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 2 단결정 반도체 막은 상기 제 1 단결정 반도체 막 위에 반도체 막을 형성한 후에 열 처리를 행하여 상기 반도체 막의 고상 성장에 의하여 결정화되는, SOI 기판의 제작 방법.And the second single crystal semiconductor film is crystallized by solid phase growth of the semiconductor film after heat treatment after forming the semiconductor film on the first single crystal semiconductor film. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 비정질 반도체 막은 상기 반도체 막으로서 사용되는, SOI 기판의 제작 방법.An amorphous semiconductor film is used as the semiconductor film. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 2 단결정 반도체 막은 CVD법에 의하여 상기 제 1 단결정 반도체 막 위에 형성된 반도체 막의 기상 성장에 의하여 형성되는, SOI 기판의 제작 방법.And the second single crystal semiconductor film is formed by vapor phase growth of a semiconductor film formed on the first single crystal semiconductor film by CVD. 제 1 공정으로서,As the first step, 절연체로 이루어지는 제 1 기판 위에 제 1 절연막을 통하여 제 1 단결정 반도체 막이 형성된 제 1 SOI 기판을 준비하는 단계와;Preparing a first SOI substrate having a first single crystal semiconductor film formed thereon through a first insulating film on a first substrate made of an insulator; 상기 제 1 기판과 동일한 재료로 형성되는 제 2 기판을 준비하는 단계와;Preparing a second substrate formed of the same material as the first substrate; 상기 제 1 단결정 반도체 막 위에 제 2 단결정 반도체 막을 형성하는 단계와;Forming a second single crystal semiconductor film on the first single crystal semiconductor film; 상기 제 2 단결정 반도체 막에 이온들을 첨가함으로써 박리층을 형성하는 단계와;Forming a release layer by adding ions to the second single crystal semiconductor film; 상기 제 2 단결정 반도체 막 위에 제 2 절연막을 형성하는 단계를 포함하는, 상기 제 1 공정; 및Forming a second insulating film on the second single crystal semiconductor film; And 제 2 공정으로서,As the second step, 상기 제 2 기판의 표면에 상기 제 2 절연막의 표면을 접합하는 단계와;Bonding the surface of the second insulating film to the surface of the second substrate; 상기 제 2 기판 위에 상기 제 2 절연막을 통하여 상기 제 2 단결정 반도체 막의 일부가 형성된 제 2 SOI 기판이 형성되도록 상기 박리층에서 벽개를 일으키기 위해서 상기 박리층에 열 처리를 행하는 단계를 포함하는, 상기 제 2 공정을 포함 하고,Performing heat treatment on the exfoliation layer to cause cleavage in the exfoliation layer such that a second SOI substrate with a portion of the second single crystal semiconductor film formed on the second substrate is formed through the second insulating film. Including 2 processes, 상기 제 2 공정에서 형성된 상기 제 2 SOI 기판은 상기 제 1 공정에서의 상기 제 1 SOI 기판으로서 사용되는, SOI 기판의 제작 방법.The second SOI substrate formed in the second step is used as the first SOI substrate in the first step. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 평탄화 처리는 상기 제 1 기판 위에 잔존한 상기 제 2 단결정 반도체 막의 표면과 상기 제 2 기판 위에 형성된 상기 제 2 단결정 반도체 막의 표면의 한쪽 또는 양쪽 모두에 평탄화 처리를 행하는, SOI 기판의 제작 방법.A planarization process is a method for producing an SOI substrate, wherein the planarization treatment is performed on one or both of the surface of the second single crystal semiconductor film remaining on the first substrate and the surface of the second single crystal semiconductor film formed on the second substrate. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 평탄화 처리를 위해서 레이저 광 조사를 행하는, SOI 기판의 제작 방법.The manufacturing method of the SOI substrate which irradiates a laser beam for the said planarization process. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 유리 기판은 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판으로서 사용되는, SOI 기판의 제작 방법.A glass substrate is used as the first substrate and the second substrate. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 제 2 단결정 반도체 막은 상기 제 1 단결정 반도체 막 위에 반도체 막을 형성한 후에 열 처리를 행하여 상기 반도체 막의 고상 성장에 의하여 결정화되 는, SOI 기판의 제작 방법.And the second single crystal semiconductor film is crystallized by solid phase growth of the semiconductor film after heat treatment after forming the semiconductor film on the first single crystal semiconductor film. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 비정질 반도체 막은 상기 반도체 막으로서 사용되는, SOI 기판의 제작 방법.An amorphous semiconductor film is used as the semiconductor film. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 제 2 단결정 반도체 막은 CVD법에 의하여 상기 제 1 단결정 반도체 막 위에 형성된 반도체 막의 기상 성장에 의하여 형성되는, SOI 기판의 제작 방법.And the second single crystal semiconductor film is formed by vapor phase growth of a semiconductor film formed on the first single crystal semiconductor film by CVD.
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